无机非金属材料的主角——硅(课件).ppt

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1、第第1讲讲无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅最最新新展展示示1.了解了解Si元素元素单质单质及其重要化合物的主要性及其重要化合物的主要性质质及及应应用。用。2.了解了解Si元素元素单质单质及其重要化合物及其重要化合物对环对环境境质质量的影量的影响。响。热热点点定定位位1.以新材料、新技以新材料、新技术为术为背景考背景考查查C、Si及其重要化合及其重要化合物的性物的性质质及及应应用。用。2.关于关于Si单质单质及其化合物的及其化合物的实验实验探究。探究。3利用利用Si单质及其化合物转化关系进行的物质推断。单质及其化合物转化关系进行的物质推断。一、硅1在自然界中的存在(1)存在形态：只有

2、 ，在地壳中的含量居第位。(2)硅有两种同素异形体：。(3)硅的重要用途：是良好的材料。化合态化合态二二晶体硅和无定形硅晶体硅和无定形硅半导体半导体2化学性质二、二氧化硅1物理性质：溶于水的固体，熔沸点 ，硬度 。2化学性质不不高高大大3用途制造、石英坩埚、饰物等。光导纤维光导纤维1有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应，所以认为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？【提示】该看法是错误的。SiO2和碱溶液反应体现了SiO2为酸性氧化物的性质，但SiO2与氢氟酸反应时并没有生成盐，另外其他酸难与SiO2反应，故SiO2不具备两性氧化物的性质，不属于两性氧化物。三、硅酸和硅酸盐1硅酸(1)物理

3、性质：溶于水。(2)化学性质弱酸性比碳酸弱与NaOH溶液反应的化学方程式为：。向Na2SiO3溶液中通入CO2的反应方程式为：。不不H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O不稳定性受热分解，反应的化学方程式为：。用途：硅胶可用作 的载体等。H2SiO3SiO2H2O干燥干燥剂剂、催化、催化剂剂2硅酸盐(1)由 组成化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠硅酸钠水溶液俗称，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。(3)硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为，长石(KAlSi3O8)可表示为 硅、氧和金

4、属元素硅、氧和金属元素水玻璃水玻璃Na2OSiO22探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程图表示)。【提示】四、无机非金属材料1硅酸盐材料2.特殊功能的含硅物质(1)具有金刚石结构，可用作磨料。(2)含硅元素4%的硅钢具有性。水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷生生产产原料原料主要主要设备设备陶瓷窑陶瓷窑黏土、石灰石黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英黏土黏土水泥回转窑水泥回转窑玻璃窑玻璃窑碳化硅碳化硅导磁导磁1(2009年重庆高考)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()材料材料主要化学成分主要化学成分A刚刚玉、金玉、金刚刚石石三氧化二三氧化二铝铝B大理石、石灰石大理石、石灰石

5、碳酸碳酸钙钙C普通水泥、普通玻璃普通水泥、普通玻璃硅酸硅酸盐盐D沙子、石英沙子、石英二氧化硅二氧化硅【解析】A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳。【答案】A2(2008年全国卷)对于A族元素，下列叙述中不正确的是()ASiO2和CO2中，Si和O、C和O之间都是共价键BC、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D该族元素的主要化合价是4和2【解析】A项中SiO2、CO2均为共价化合物，原子间以共价键结合；B项中C、Ge的次外层电子数分别为2、18；C项CO2、SiO2均可与CaO反应生成对应的

6、盐。【答案】B3(2007年广东高考)下列说法正确的是()A硅材料广泛应用于光纤通讯B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应【解析】光纤的主要成分为SiO2；B项，工艺师利用HF刻蚀石英制作艺术品；C项，水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；D项，粗硅制备单晶硅先利用氧化反应即用Cl2氧化粗硅为SiCl4，再利用还原反应即用H2还原SiCl4。【答案】A4(2009年安徽高考)石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如右图所示)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是()A石墨烯与

7、石墨互为同位素B0.12 g石墨烯中含6.021022个碳原子C石墨烯是一种有机物D石墨烯中碳原子间以共价键结合【解析】A项，石墨烯和石墨是同素异形体；B项，0.12 g石墨烯物质的量为0.01 mol，含6.021021个原子，C项错。【答案】D一、硅及其化合物的特性1非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体是良好的半导体材料。2Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22C Si2CO。3非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。4非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si4HF=SiF42H2

8、。5酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。6SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。7无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。8H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但高温下，Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2也能发生。9硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，可用作黏胶剂和木材防火剂，久置在空气中容易变质：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。【应用指南】与强碱溶液反应生成H2的

9、固体单质有Al和Si；能够置换出水中氢的非金属单质为C，这些特征反应常做为推断题的突破口。硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学方程式_；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。(2)下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母)。A碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B氮化硅硬度大、熔点高，可

10、用于制作高温陶瓷和轴承C高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高E盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释。【思路点拨】(1)书写SiHCl3与H2O反应的化学方程式，关键要抓住SiHCl3、H2SiO3中Si元素的化合价，从而确定未知生成物。(2)解答第(3)问时要抓住SiO与NH在水溶液中发生双水解反应回答问题。【尝试解答】(1)根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl3与H2反应的化学方程式。SiHCl3和H2O剧烈

11、反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，分析它们化合价的变化可知：，而Cl的化合价未发生变化，因此另一种元素即H的化合价必定降低，即另一种物质是H2。(2)A项，水泥是硅酸盐产品；B项，氮化硅为原子晶体，熔点高，硬度大，可用于制作高温陶瓷或轴承；C项，光导纤维的主要成分就是二氧化硅；D项，普通玻璃无固定熔点；E项，Si不与HCl反应。【答案】(1)SiHCl3H2 Si3HClSiHCl33H2O=H2SiO33HClH2氢气与氧气混合，可能引起爆炸；氧气可能氧化SiHCl3(2)BC(3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气体生成解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，二者相

12、互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解生成NH3，其方程式为SiO 2NH4+=H2SiO32NH3。【归纳点评】(1)在书写由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式时，反应条件一定写成1 357 K，而不可随意写成加热或高温。【拓展训练】1.有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下变化：C与烧碱溶液反应生成A和水；A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D；B在空气中燃烧生成C；C在高温下与碳酸钙反应生成D和一种气体；C在高温下与碳反应生成单质B。(1)根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：A_、B_、C_、D_。(2)写出反应、的化学方程式：_；_。【解析】能与烧碱

13、反应的含硅物质有Si、SiO2和H2SiO3，由知A为Na2SiO3；由知D为CaSiO3；由知C为SiO2，发生的反应为SiO2CaCO3 CaSiO3CO2；由知B为Si，发生的反应为SiO22C Si2CO；由验证以上推断合理。【答案】(1)Na2SiO3SiSiO2CaSiO3(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO2CaCO3CaSiO3CO2有关化学方程式为：2NaOHCO2=Na2CO3H2ONa2CO3CO2H2O=2NaHCO3因此CO2与NaOH溶液可能发生的反应为：2NaOHCO2=Na2CO3H2ONaOHCO2=NaHCO32与盐溶液的反应(1)CO2Na

14、2CO3H2O=2NaHCO3(2)CO2(少量)Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO(3)CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3(2009年全国卷)下列叙述中正确的是()A向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成B向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1 2C等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同D向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出【思路点拨】解答本题应抓住以下关键点：(1)

15、碳酸的正盐在水中能与CO2反应。(2)碳酸的正盐与强酸反应时分步进行。(3)Na2CO3比NaHCO3溶解度大。【尝试解答】A项，CaCO3与CO2、H2O反应生成的Ca(HCO3)2与NaHCO3不反应。B项，向Na2CO3溶液中滴加等物质的量的HCl时，发生反应：CO H=HCO3-，不生成CO2。C项，等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应时，NaHCO3产生的CO2多。D项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2时发生反应：Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，反应中消耗H2O，且生成的NaHCO3溶解度小、质量多，故NaHCO3会结晶析出。【答案】D【规律方法】CO2通

16、入一定量NaOH溶液中，充分反应后溶质成分的判断：【拓展训练】2.向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(0，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图象正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()【解析】当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol OH；当通入2.24 L CO2气体时，发生反应CO22OHBa2=BaCO3H2O，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol

17、OH；【答案答案】C1下列物品或设备：水泥路桥门窗玻璃水晶镜片石英钟表玛瑙手镯硅太阳能电池光导纤维计算机芯片所用材料为SiO2或要用到SiO2的是()ABC D全部【解析】硅太阳能电池用到的材料为晶体硅。【答案】C2(2010年聊城质检)下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是()ASiO2Si BCO2CCSiO2H2SiO3 DSiNa2SiO3【解析】A项，SiO22C Si2CO；B项，CO22Mg 2MgOC；C项，SiO2不能与水反应生成H2SiO3，更无法与其他物质反应生成H2SiO3；D项，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。【答案】C3下列离子方程式不正确的是()【解

18、析】C的正确离子方程式为：HCO3-Ca2OH=CaCO3H2O。【答案】C4北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉璧由昆仑玉制成，昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为()ACaOMgOSiO2H2OB2CaO5MgO8SiO2H2OC2CaOMgOSiO22H2OD5CaO2MgO8SiO2H2O【答案】B5将过量的CO2分别通入CaCl2溶液；Na2SiO3溶液；Ca(OH)2溶液；饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是()A BC D【解析】CO2溶于水：CO2H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸

19、强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(一般弱酸不能制强酸)；过量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量：Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出。【答案】B6实验室可用右图所示装置将CO2和CO进行分离和干燥，已知a、b均为活塞，试回答下列各题。(1)甲瓶中装的是_，乙瓶中装的是_，分液漏斗中盛放的

20、是_。(2)当CO2和CO的混合气体通过该装置时，先分离得到的是_，活塞操作为_；然后得到的是_，活塞操作为_。【答案】(1)NaOH浓H2SO4稀HCl(2)CO关a开bCO2开a关b7在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质。据此填空：(1)写出各物质的化学式：A_、B_、C_、D_、E_、F_。(2)B与a溶液反应的离子方程式：_。(3)A与a溶液反应的离子方程式：_。【解析】本题“突破口”是C中加入过量HCl产生不溶于盐酸的白色沉淀，推知E可能是硅酸。A可能是Si，代入题目验证，B为SiO2，能和Si和SiO2反应的溶液可能为HF溶液或NaOH溶液，结合题目知a溶液为NaOH溶液，C为Na2SiO3，D为H2O，F为H2。