【學(xué)海導(dǎo)航】山西省2012屆高中化學(xué)總復(fù)習(xí) 第4章第13課時 無機非金屬材料的主角——硅課件 新人教版

1、一、硅元素與硅單質(zhì)一、硅元素與硅單質(zhì)1硅的存在：在自然界只有化合態(tài)，是一種親氧元素(這與同主族的碳不同)，一般以SiO2 或硅酸鹽形式存在，在地殼中的含量僅次于氧。2結(jié)構(gòu)：與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)類似，是正四面體形空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。3物理性質(zhì)：灰黑色，硬度大，熔沸點高，具有金屬光澤。4化學(xué)性質(zhì)：常溫下與F2、HF、NaOH反應(yīng)。加熱時能與H2化合生成不穩(wěn)定的氫化物。5用途：(1)良好的半導(dǎo)體材料(為什么？)(2)太陽能電池(3)計算機芯片【基礎(chǔ)題一】(湖南師大附中高三第2次月考)硅被譽為無機非金屬材料的主角，下列物品用到硅單質(zhì)的是( )A陶瓷餐具 B石英鐘表C計算機芯片 D光導(dǎo)纖維C二、二氧化硅及硅酸二

2、、二氧化硅及硅酸1二氧化硅(1)物理性質(zhì)物理性質(zhì) 二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，SiO2不溶于水，熔點高、硬度大。水晶、石英是二氧化硅晶體。 (2)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)二氧化硅晶體是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，晶體中硅原子和氧原子的個數(shù)比為1 2，SiO2晶體結(jié)構(gòu)中：在硅晶體中每兩個硅中間插入一個氧原子，最小環(huán)為12個原子(與金剛石類似)。如右圖。(3)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)酸性氧化物的性質(zhì)：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，不溶于水。常溫下SiO2與NaOH溶液反應(yīng)得到硅酸鈉(Na2SiO3)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。 玻璃瓶塞會跟NaOH等堿

3、性溶液反應(yīng)，為什么NaOH溶液還能用玻璃瓶盛裝？【解答】由于玻璃不是簡單的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2機械混合物，它們相互結(jié)合為多聚硅酸的長鏈，金屬陽離子處于無規(guī)則的多聚硅酸的長鏈包圍之中，所以玻璃中的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2不是獨立存在的，即玻璃中SiO2與一般所說的SiO2是有區(qū)別的。瓶口內(nèi)側(cè)與瓶塞都是經(jīng)過磨砂處理的，表面粗糙，堿性的液體容易滯留，并且水分蒸發(fā)，堿液濃度增大，促使二者更易反應(yīng)。其他部位因表面光滑而難于反應(yīng)。由于從組成和結(jié)構(gòu)上看多聚硅酸的長鏈與SiO2相似，所以通常把玻璃跟NaOH等堿性溶液反應(yīng)簡單地看成SiO2與堿溶液的反應(yīng)。但是注意高溫下玻璃能與N

4、aOH反應(yīng)。 高溫下SiO2能和堿性氧化物(如CaO)反應(yīng)生成硅酸鹽，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaOSiO2 CaSiO3(煉鐵中除爐渣)常溫下，SiO2能與氫氟酸(HF)反應(yīng)，此反應(yīng)常用于刻蝕玻璃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO24HF=SiF42H2O(腐蝕玻璃)。二氧化硅的弱氧化性：SiO2高溫下與C作用可制取粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CSiO2 2COSi。(4)二氧化硅的用途：二氧化硅的用途：SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料。SiO2常被用來制造石英表中的壓電材料。SiO2用于制造各種玻璃制品。2硅酸 硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱。Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，常用作

5、黏合劑。往Na2SiO3溶液中通入CO2，能制得硅酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3(說明碳酸酸性比硅酸酸性要強)?！净A(chǔ)題二】下列說法正確的是( )A二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能與任何酸反應(yīng)B根據(jù)反應(yīng)SiO2CaCO3 CaSiO3CO2可推知硅酸酸性比碳酸強C二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸D晶體硅常被用來制造光導(dǎo)纖維C【解析】二氧化硅是酸性氧化物，但它可以與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O；反應(yīng)SiO2CaCO3 CaSiO3CO2只有在高溫下才能進行，由于CO2是氣體，生成后脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以繼續(xù)進行，但這

6、不能說明硅酸的酸性比碳酸的酸性強；要比較硅酸和碳酸的酸性強弱就是要比較它們在水溶液中電離出H的難易程度，如CO2H2ONa2SiO3=Na2CO3H2SiO3，符合強酸制弱酸的規(guī)律，也可說明碳酸的酸性比硅酸的強；SiO2是光導(dǎo)纖維的主要成分，光導(dǎo)纖維可以用SiO2來制取。三、硅酸鹽三、硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。1表示：硅酸鹽的組成比較復(fù)雜，常用氧化物的形式表示。表示順序為：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、水。如正長石(KAlSi3O8)可表示為：K2OAl2O36SiO2。2硅酸鹽產(chǎn)品：玻璃、水泥、陶瓷等。水泥玻璃(普通)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英設(shè)備

7、水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐特性水硬性(加石膏調(diào)節(jié)硬化速度)玻璃態(tài)物質(zhì)(在一定溫度范圍內(nèi)軟化)，不是晶體【基礎(chǔ)題三】用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成。硅酸鈉： ；硅酸鈣： ；高嶺石：Na2SiO3Na2OSiO2CaSiO3CaOSiO2Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O【溫馨提示】硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，常用氧化物形式表示。氧化物的順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。注意事項：氧化物之間以“”隔開；系數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應(yīng)化為整數(shù)。重要考點重要考點1 二氧化硅與二氧化碳的比較二氧化硅與二氧化碳的比較S

8、iO2與CO2的比較CO2SiO2與堿性氧化物反應(yīng)CaOCO2 CaCO3CaOSiO2 CaSiO3與堿液的反應(yīng)2NaOHCO2=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2O與鹽反應(yīng)Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClOSiO2CaCO3 CaSiO3CO2SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2CO2SiO2與碳反應(yīng)CCO2 2CO2CSiO2 Si2CO與H2O作用CO2H2O H2CO3不與水化合與酸反應(yīng)不反應(yīng)只與HF反應(yīng)SiO24HF=SiF42H2O【考點釋例1】指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作

9、用，在AD選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2()SiO22C Si2CO()SiO24HF=SiF42H2O()A作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B弱氧化性C酸性氧化物的通性D將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來【解析】本題全面考查SiO2的性質(zhì)，將所給選項結(jié)合實際一一對應(yīng)查找。A用來雕刻玻璃，應(yīng)有氫氟酸(HF)參與反應(yīng)；B中弱氧化性是指反應(yīng)物SiO2中Si得電子，化合價降低；D是揮發(fā)性酸酐，應(yīng)為CO2而不是CO；表現(xiàn)酸性氧化物的通性是指SiO2與堿的反應(yīng)。答案：CDBA【溫馨提示】硅及其化合物的特性：1Si的還原性

10、大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：2CSiO2 Si2CO。2非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si卻放出H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。3非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si4HF=SiF42H2。4非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。5SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。6非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiO2的熔沸點卻很高。7酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。8無機酸一般易溶于水，H2SiO3卻難溶于水。9因碳酸的酸性強于硅酸，所以在Na2S

11、iO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3，但在高溫下Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2也能發(fā)生。10Na2SiO3的水溶液稱水玻璃，但它與玻璃的成分大不相同，硅酸鈉水溶液(即水玻璃)俗稱泡花堿，但它卻是鹽的溶液，并不是堿溶液。1.(湖南同升湖實驗學(xué)校2010屆高三第一次月考)往下列溶液中通入足量CO2，溶液中最終沒有固體物質(zhì)的是( )A飽和碳酸鈉溶液 B偏鋁酸鈉溶液C硅酸鈉溶液 D次氯酸鈣溶液D2.對于A族元素，下列敘述中不正確的是( )ASiO2和CO2中，Si和O，C和O之間都是共價鍵BC、Si和Ge的最外層電子數(shù)都是4，次外層電子

12、數(shù)都是8CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧化鈣反應(yīng)D該族元素的主要化合價是4和2B【解析】一般非金屬與非金屬原子之間以共價鍵結(jié)合，A正確。C、Si、Ge為同主族元素，最外層電子數(shù)相等，均為4，但核電荷數(shù)依次增多，次外層電子數(shù)依次為2、8、18，B錯誤。大多數(shù)非金屬氧化物是酸性氧化物，如CO2、SiO2，酸性氧化物在一定條件下能夠與堿性氧化物(如CaO)反應(yīng)，C正確。最高正化合價數(shù)等于最外層電子數(shù)，A族元素的主要化合價是4和2，D正確。3.已知A、B、C三種元素均為短周期元素，它們的原子序數(shù)關(guān)系為CBA。A元素原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的2倍，B和C可形成BC4型化合物

13、。用化學(xué)符號填空：(1)三種元素中A是_、B是_、C是_。(2)A、B、C的最高價氧化物對應(yīng)的水化物分別為 、_ 、_ ，在這些水化物中，酸性最弱的是_ 。C SiClH2CO3H2SiO3H2SiO3H2SiO3(3)BC4的電子式是 。(4)用離子方程式表示出用B的氧化物制得B的氧化物的對應(yīng)水化物的原理。 。SiO22OH=SiO32-H2O、 SiO32-2H=H2SiO3【解析】依據(jù)A的電子層結(jié)構(gòu)特點，可知A為碳；B和C可形成BC4型化合物，可推知B為A族元素，C為A族元素，又因為原子序數(shù)的關(guān)系CBA，可知B為Si，C為氯，結(jié)合其化合物的性質(zhì)，可推知其他問題的答案。重要考點重要考點2

14、無機非金屬材料無機非金屬材料1傳統(tǒng)無機非金屬材料(1)玻璃玻璃原料：生產(chǎn)普通玻璃的主要原料是純堿(Na2CO3)，石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)。主要設(shè)備：玻璃熔爐反應(yīng)原理：將粉碎混勻的原料加強熱使之熔化，發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，冷卻即成玻璃。其中主要化學(xué)反應(yīng)是CaCO3SiO2 CaSiO3CO2Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2 主要成分：制造玻璃的原料中，石英是過量的，所以，普通玻璃是CaSiO3、Na2SiO3和SiO2熔化在一起得到的物質(zhì)，其物質(zhì)的量之比為1 1 4，因此玻璃可表示為：Na2OCaO6SiO2。主要性質(zhì)：硬而脆，受熱時在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，沒有一定

15、的熔點，故稱作玻璃態(tài)物質(zhì)，耐酸腐蝕(HF除外)。(2)水泥水泥普通水泥的主要成分為硅酸三鈣(3CaOSiO2)，硅酸二鈣(2CaOSiO2)和鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)等。水泥的特點是水泥具有水硬性，與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬。混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用鋼筋作結(jié)構(gòu)，這就是通常所說的鋼筋混凝土。2新型無機非金屬材料類別示例特性用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氮化硅陶瓷硬度極高，耐磨損，耐高溫，抗腐蝕，抗氧化能力強，電絕緣性好汽輪機葉片、軸承、發(fā)動機部件、永久性模具碳化硅陶瓷硬度僅次于金剛石，耐高溫，且在室溫下能導(dǎo)電電熱元件生物陶瓷氧化鋁陶瓷氧化鋯陶瓷強度高，耐磨，無毒，不溶于水

16、，對人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植于人體人造牙齒、人造骨骼類別示例特性用途壓電陶瓷鈦酸鋇陶瓷鈦酸鉛陶瓷可將極其微弱的機械振動轉(zhuǎn)換成電信號聲納系統(tǒng)、氣象檢測、遙控環(huán)境保護、家用電器、壓電地震儀【考點釋例2】漢代器物上的顏料“漢紫”至今尚沒有發(fā)現(xiàn)其自然存在的記載。20世紀80年代科學(xué)家進行超導(dǎo)材料研究時，偶然發(fā)現(xiàn)其成分為紫色的硅酸銅鋇(化學(xué)式：BaCuSi2Ox，Cu為2價)，下列有關(guān)“漢紫”的說法中不正確的是()A用鹽的形式表示：BaSiO3CuSiO3B用氧化物形式表示：BaOCuO2SiO2C易溶于強酸、強堿D性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色【解析】根據(jù)化合物中正負化合價的代數(shù)和等于零可知，A、B正確。硅酸鹽只溶于強酸不溶于強堿，C錯。從題給信息：漢代器物上的顏料“漢紫”可知“漢紫”性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色，D正確?！緶剀疤崾尽可婕拔奈锏脑囶}要考慮的方面：1性質(zhì)穩(wěn)定，不易被氧化、腐蝕。2難溶于水。答案：C1.(湖南益陽市一中2010屆第二次月考)下列化工生產(chǎn)中所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)，不涉及氧化還原反應(yīng)的是( )A制普通玻璃 B接觸法制硫酸C工業(yè)冶煉鋁 D工業(yè)合成氨A2.根據(jù)水泥和玻璃的生產(chǎn)，總結(jié)出硅酸鹽工業(yè)的一般特點是(