化學(xué)金榜課件4

1、第4章材料家族中的元素第1節(jié)硅無機非金屬材料考綱考情三年13考高考指數(shù)：1.了解硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解硅單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3.了解常見無機非金屬材料的性質(zhì)和用途。【知識梳理】一、硅1.硅元素在自然界中的存在：在地殼中的含量：_，自然界中存在形態(tài)：_，主要存在形式：_和硅酸鹽等。2.單質(zhì)硅的性質(zhì)：單質(zhì)硅有_和_兩種，其晶體結(jié)構(gòu)與_類似。居第二位化合態(tài)二氧化硅晶體硅無定形硅(非晶硅)金剛石(1)晶體硅的物理性質(zhì)。色澤硬度熔沸點導(dǎo)電性_灰黑色、有金屬光澤大高介于導(dǎo)體與絕緣體之間(2)化學(xué)性質(zhì)。與氫氟酸反應(yīng)：_；與NaOH溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O=N

2、a2SiO3+2H2；與O2反應(yīng)：_。=Si+4HF=SiF4+2H2Si+O2 SiO2(3)工業(yè)制法： 用焦炭和二氧化硅在電爐中反應(yīng)得到粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(4)主要用途：用做半導(dǎo)體材料、生產(chǎn)硅合金等。高溫=SiO2+2C Si+2CO【微點撥】(1)自然界中沒有游離態(tài)硅，工業(yè)上常用焦炭在電爐中還原SiO2得到粗硅。(2)Si的還原性強于C，但C能還原SiO2生成Si，且氧化產(chǎn)物為CO：2C+SiO2 Si+2CO，其原因是產(chǎn)物CO為氣體，它的放出降低了生成物濃度，促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行。(3)非金屬單質(zhì)跟堿溶液作用一般無H2產(chǎn)生，但Si能跟堿液作用放出H2：Si+2NaOH+H

3、2O=Na2SiO3+2H2。二、二氧化碳與二氧化硅的比較物質(zhì)SiO2CO2物理性質(zhì)硬度大，熔沸點高，常溫下為固體，不溶于水熔沸點低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)_與酸反應(yīng)_不反應(yīng)CO2+H2O H2CO3SiO2+4HF=SiF4+ 2H2O物質(zhì)SiO2CO2化學(xué)性質(zhì)與堿反應(yīng)SiO2+2NaOH=_盛堿液的試劑瓶用橡皮塞CO2+2NaOH=_或CO2+NaOH=_與鹽反應(yīng)SiO2+Na2CO3 _、SiO2+CaCO3 _Ca(ClO)2+CO2+H2O=_CO2+Na2CO3+H2O=_Na2SiO3+ H2ONa2CO3+H2ONaHCO3高溫=高溫=Na2SiO3+CO

4、2CaSiO3+CO2CaCO3+ 2HClO、2NaHCO3物質(zhì)SiO2CO2化學(xué)性質(zhì)與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO _CO2+Na2O=_與碳反應(yīng)_用途制光學(xué)儀器、石英玻璃、常用來制造通訊材料_化工原料、滅火劑。干冰用作_，人工降雨高溫=CaSiO3Na2CO3CO2+C 2COSiO2+2C Si+2CO高溫=高溫=光導(dǎo)纖維制冷劑【微點撥】(1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成鹽和水；CO2與水反應(yīng)生成碳酸，但SiO2不溶于水，故不能用SiO2與水反應(yīng)制備硅酸。(2)SiO2不能與鹽酸、硝酸、硫酸等酸反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)。(3)不能依據(jù)反應(yīng)SiO2+Na2CO3 Na2S

5、iO3+CO2來說明SiO2水化物(即H2SiO3)的酸性比H2CO3強。三、硅酸和硅酸鹽1.硅酸：難碳酸Na2CO3+H2SiO3=H2SiO3 SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl2.硅酸鹽：(1)Na2SiO3水溶液俗稱_，常用于制作黏合劑、防腐劑和耐火材料。(2)硅酸鈉溶液在空氣中易變質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(3)硅酸鹽組成的表示：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為_，石棉(CaMg3Si4O12)可表示為_。水玻璃Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3Na2OSiO2CaO3Mg

6、O4SiO23.常見無機非金屬材料：(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料。水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料_主要設(shè)備_陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫石灰石、黏土純堿、石灰石和石英黏土水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯(2)特殊功能的含硅物質(zhì)。碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質(zhì)。【微點撥】(1)氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結(jié)構(gòu)，切不可認(rèn)為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。(2)玻璃中含有二氧化硅，因此氫氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(3)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶。【小題快練】1.【思考辨析】(1)(2014江蘇高考)晶體硅熔點高

7、、硬度大，所以可用于制作半導(dǎo)體材料。( )【分析】硅是原子晶體，熔點高、硬度大，硅可用作半導(dǎo)體材料，但二者沒有因果關(guān)系。(2)SiO2既可與NaOH溶液反應(yīng)又可與氫氟酸反應(yīng)，因此SiO2是兩性氧化物。( )【分析】SiO2屬于酸性氧化物，不是兩性氧化物。(3)CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧化鈣反應(yīng)。( )【分析】CO2與CaO反應(yīng)可生成CaCO3，SiO2與CaO可反應(yīng)生成CaSiO3。(4)硅常溫下可與NaOH溶液、F2、Cl2等物質(zhì)反應(yīng)。( )【分析】硅常溫下不能與Cl2反應(yīng)，硅與氯氣在高溫條件下才能反應(yīng)。(5)(2013廣東高考)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅。(

8、 )【分析】焦炭在高溫下與SiO2反應(yīng)生成硅和一氧化碳。2.【教材研習(xí)】(1)(LK必修1P114)下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是()硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維陶瓷是人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料A.B.C.D.【解析】選C。水泥、玻璃是硅酸鹽制品，水晶的主要成分是二氧化硅，錯；光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，錯。(2)(RJ必修1P81)坩堝是實驗室用于灼燒或熔融固體物質(zhì)的常用儀器，材質(zhì)種類很多，實驗時應(yīng)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)加以選擇。熔融燒堿時，應(yīng)選用下列哪種材質(zhì)的坩堝()A.玻璃坩堝 B.石英坩堝C.陶瓷坩堝 D.鐵坩堝【

9、解析】選D。二氧化硅能與氫氧化鈉反應(yīng)，因此熔融燒堿的坩堝中不能含有二氧化硅，A、B、C中都含有二氧化硅。(3)(LK必修1P114)單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)材料，對硅的純度要求很高。用化學(xué)方法可制得高純度硅，其化學(xué)方程式為SiO2+2C Si+2COSi+2Cl2 SiCl4SiCl4+2H2 Si+4HCl。下列對上述三個反應(yīng)的敘述不正確的是()A.為置換反應(yīng)B.為化合反應(yīng)C.均為氧化還原反應(yīng)D.三個反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原【解析】選D。反應(yīng)為置換反應(yīng)，反應(yīng)為化合反應(yīng)，三個反應(yīng)均有元素化合價變化，均屬于氧化還原反應(yīng)，其中反應(yīng)和中硅元素被還原，反應(yīng)中硅元素被氧化。(4)(RJ必修1P

10、81)下列關(guān)于碳、硅的敘述正確的是()A.碳、硅都是A族元素，它們在自然界中都以化合態(tài)形式存在B.二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)相似C.二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽D.高純度的二氧化硅用于制造半導(dǎo)體材料【解析】選C。自然界中含有單質(zhì)碳(如金剛石、石墨)，A錯誤；二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)(如熔沸點)差別很大，B錯誤；高純度的晶體硅用于制造半導(dǎo)體材料?！舅儆浛ㄆ?.牢記兩種物質(zhì)的重要用途：(1)晶體硅：作半導(dǎo)體材料、制芯片、制太陽能電池。(2)二氧化硅：制光導(dǎo)纖維。2.牢記4個特性：(1)硅是非金屬單質(zhì)，但能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣；(2)硅是非金屬單質(zhì)

11、，但能與非氧化性酸HF反應(yīng)；(3)二氧化硅是酸性氧化物，但能與HF反應(yīng)；(4)無機酸一般易溶于水，但硅酸難溶于水。3.熟記5個化學(xué)反應(yīng)方程式：(1)Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(2)Si+4HF=SiF4+2H2(3)SiO2+4HF=SiF4+2H2O(4)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(5)Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3考點一硅及其化合物的特殊性質(zhì)【自主訓(xùn)練】(2015聊城模擬)下列說法正確的是()單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀：铣衫w維和光導(dǎo)纖維都是新型無機非金屬材料。盛放NaOH溶液時，使用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶。Mg2

12、+、H+、Si 、 在水溶液中能大量共存。向含K+、Na+、Br-、Si 的溶液中通入CO2后仍能大量共存。SiO2與酸、堿均不反應(yīng)。SiO2不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器。SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)。SiSiO2H2SiO3均能一步轉(zhuǎn)化。水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑。A. B.C. D.【解析】選B。單質(zhì)硅常用于制太陽能電池，正確；合成纖維是有機材料，不是無機非金屬材料，錯誤；NaOH能與玻璃中的SiO2反應(yīng)：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O，錯誤；H+、Si 可結(jié)合生成難溶于水的硅酸，錯誤；溶液中通入CO2后，發(fā)生反應(yīng)：CO2+H2O+Si =H2SiO

13、3+ ，錯誤；SiO2與堿、氫氟酸均可反應(yīng)，錯誤、錯誤、正確；SiO2不能一步轉(zhuǎn)化為H2SiO3，因SiO2與H2O不反應(yīng)，錯誤；水玻璃俗稱“泡花堿”，可作黏合劑與防火劑，正確。【歸納總結(jié)】硅及其化合物的特性物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性Si硅的還原性比碳強SiO2+2C Si+2CO非金屬單質(zhì)與強堿反應(yīng)一般不生成氫氣Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)Si+4HF=SiF4+2H2一般非金屬單質(zhì)為絕緣體硅為半導(dǎo)體高溫 =物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性SiO2酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解

14、反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4+2H2O“較強酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的一般規(guī)律，碳酸酸性大于硅酸Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3，但在高溫下Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2H2SiO3無機酸一般易溶于水硅酸和原硅酸難溶于水高溫 =【針對訓(xùn)練】(2015安慶模擬)化學(xué)家Seidel指出Si與NaOH溶液的反應(yīng)，首先是Si與OH-反應(yīng)，生成Si ，然后Si 迅速水解生成H4SiO4，下列有關(guān)說法正確的是()A.原硅酸鈉(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后呈堿性，故Na4SiO4為弱電解質(zhì)B.石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均屬于硅酸鹽產(chǎn)品C.2HCl+Na

15、2SiO3=H2SiO3+2NaCl說明Cl的非金屬性大于SiD.半導(dǎo)體工業(yè)所說的“從沙灘到家庭”是指將二氧化硅制成晶體硅【解析】選D。Na4SiO4是強堿弱酸鹽，為強電解質(zhì)，Si 迅速水解導(dǎo)致溶液呈堿性，故A錯誤；石英玻璃的主要成分是二氧化硅，所以石英玻璃不屬于硅酸鹽，普通玻璃、陶瓷、水泥的主要成分都是硅酸鹽，這三種物質(zhì)屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品，故B錯誤；該反應(yīng)說明HCl的酸性大于H2SiO3，但HCl不是氯元素的最高價氧化物對應(yīng)的水化物，所以該反應(yīng)不能說明Cl的非金屬性大于Si，故C錯誤；沙子的主要成分是二氧化硅，硅芯片的主要成分是硅，二氧化硅被焦炭還原生成粗硅，粗硅再提純得到純硅，所以半導(dǎo)體工

16、業(yè)所說的“從沙灘到家庭”是指將二氧化硅制成晶體硅，故D正確?！炯庸逃?xùn)練】1.(2014唐山模擬)下列物質(zhì)：氫氟酸；濃硫酸；燒堿溶液；Na2CO3固體；氧化鈣；濃硝酸。其中在一定條件下能與SiO2反應(yīng)的有()A.B.C.D.全部【解析】選C。SiO2可與燒堿溶液、氧化鈣反應(yīng)，表現(xiàn)出酸性氧化物的性質(zhì)；SiO2可以與氫氟酸反應(yīng)；在制玻璃過程中SiO2與Na2CO3固體反應(yīng)；SiO2不能與濃硫酸和濃硝酸反應(yīng)。2.(2015大連模擬)下列說法中，正確的是()A.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)B.工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C.水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D.硅是目前人類將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?/p>

17、重要材料【解析】選D。粗硅制備單晶硅的反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)，A錯誤；工藝師利用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品，B錯誤；水晶的主要成分為SiO2，C錯誤?？键c二硅的制備及化合物的轉(zhuǎn)化1.硅的制備：(1)四氯化硅還原法。工藝流程。反應(yīng)原理。(2)三氯甲硅烷還原法制備高純度硅(常用方法)。工藝流程。反應(yīng)原理。2.硅及其化合物的轉(zhuǎn)化：發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Si + O2 SiO2SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+H2O+Na2SiO3=Na2CO3+H2SiO3H2SiO3 SiO2+H2OSiO2+2C Si+2CO【高考警示】(1)硅在加熱條件下能與O2發(fā)生反應(yīng)，粗硅制備時，用焦炭在電

18、爐中隔絕空氣還原SiO2，生成CO，而不是CO2。(2)粗硅中雜質(zhì)不是碳單質(zhì)，而是SiC，因為發(fā)生反應(yīng)C+Si SiC。(3)制備純硅時，石英管不能更換為玻璃管，因為高溫條件下玻璃會軟化。【典題】(2015南昌模擬)單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450500)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：a.四氯化硅遇水極易水解；b.硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；c.有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3Al

19、Cl3FeCl3PCl5沸點/57.712.8-315-熔點/-70.0-107.2-升華溫度/-180300162請回答下列問題：(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 。(2)裝置A中g(shù)管的作用是 ；裝置C中的試劑是；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是。(3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外還可能含有的元素是(填寫元素符號)。(4)為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2+，再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是5Fe2+ +8H+=5Fe3+Mn2+4H2O滴定前是

20、否要滴加指示劑？(填“是”或“否”)，請說明理由 。某同學(xué)稱取5.000 g殘留物，經(jīng)預(yù)處理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL試樣溶液，用1.00010-2molL-1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是?！窘馕觥恐扑穆然枋怯纱止枧cCl2反應(yīng)得到的，所以必須先制得Cl2，因SiCl4極易水解，所以Cl2須干燥，再根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析提純SiCl4的方法。(1)書寫的是離子方程式，B裝置中盛放飽和食鹽水除去HCl，C裝置中用濃硫酸除水以制得干燥純凈的Cl2；(2)A中g(shù)管作用為平衡壓強，使液體順利流下；h瓶用冷卻液

21、冷卻的主要目的是得到SiCl4；(3)精餾粗產(chǎn)物得到SiCl4，溫度應(yīng)控制在57.7，此時BCl3變?yōu)闅怏w，但AlCl3、FeCl3、PCl5均殘留在瓶中，所以殘留的元素是Fe、Al、P、Cl；(4)滴定時 自身是指示劑，終點時變?yōu)樽霞t色且30 s內(nèi)不變即可讀數(shù)；高錳酸鉀的物質(zhì)的量為1.00010-2molL-120 mL10-3LmL-1=2.00010-4mol，由5Fe2+ 知，25.00 mL試樣中Fe2+的物質(zhì)的量為1.00010-3mol，原溶液中n(Fe2+)=4.00010-3mol，則w= =4.480%。答案：(1)MnO2+4H+2Cl- Mn2+Cl2+2H2O(2)平

22、衡壓強濃硫酸使SiCl4冷凝(3)Al、P、Cl(4)否KMnO4溶液自身可作指示劑4.480%【加固訓(xùn)練】1.(2015濟寧模擬)下列反應(yīng)的離子方程式中，不正確的是()A.二氧化硅和氫氟酸反應(yīng)：SiO2+4H+=Si4+2H2OB.二氧化硅和氫氧化鉀溶液反應(yīng)：SiO2+2OH-= +H2OC.水玻璃中滴入鹽酸： +2H+=H2SiO3D.碳酸鋇滴加稀硝酸：BaCO3+2H+=Ba2+H2O+CO2【解析】選A。A項氫氟酸為弱酸，書寫離子方程式應(yīng)寫分子式，正確的離子方程式為SiO2+4HF=SiF4+2H2O；B、C、D項均符合反應(yīng)原理及離子方程式書寫要求。2.二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料。硅及其化合物的轉(zhuǎn)化如圖。下列說法正確的是()A.SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物B.SiO2和Si都是光導(dǎo)纖維材料C.在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠吸水是否失效D.圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)【解析】選C。兩性氧化物是指與酸和堿反應(yīng)均生成鹽和水的氧化物，SiO2與HF反應(yīng)得到的SiF4不屬于鹽類，A項錯誤；SiO2是光導(dǎo)纖維材料，Si為半導(dǎo)體材料，B項錯誤；CoCl2在吸水和失水狀態(tài)下顯示不同的顏色，C項正確；制取Si的過程中涉及氧化還原反應(yīng)，D項錯誤。3.硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題：(1)制備硅半導(dǎo)體材