【學(xué)海導(dǎo)航】山西省高中化學(xué)總復(fù)習(xí) 第4章第13課時(shí) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅課件 新人教

第13課時(shí)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅一、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?jī)H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(diǎn)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(shí)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(yáng)能電池(3)計(jì)算機(jī)芯片【基礎(chǔ)題一】(湖南師大附中高三第2次月考)硅被譽(yù)為無(wú)機(jī)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(jì)算機(jī)芯片

D．光導(dǎo)纖維C二、二氧化硅及硅酸1．二氧化硅(1)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(diǎn)高、硬度大。水晶、石英是二氧化硅晶體。

(2)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(gè)數(shù)比為1∶2，SiO2晶體結(jié)構(gòu)中：在硅晶體中每?jī)蓚€(gè)硅中間插入一個(gè)氧原子，最小環(huán)為12個(gè)原子(與金剛石類似)。如右圖。(3)化學(xué)性質(zhì)①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SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。

玻璃瓶塞會(huì)跟NaOH等堿性溶液反應(yīng)，為什么NaOH溶液還能用玻璃瓶盛裝？【解答】由于玻璃不是簡(jiǎn)單的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2機(jī)械混合物，它們相互結(jié)合為多聚硅酸的長(zhǎng)鏈，金屬陽(yáng)離子處于無(wú)規(guī)則的多聚硅酸的長(zhǎng)鏈包圍之中，所以玻璃中的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2不是獨(dú)立存在的，即玻璃中SiO2與一般所說(shuō)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(zhǎng)鏈與SiO2相似，所以通常把玻璃跟NaOH等堿性溶液反應(yīng)簡(jiǎn)單地看成SiO2與堿溶液的反應(yīng)。但是注意高溫下玻璃能與NaOH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CaO＋SiO2CaSiO3(煉鐵中除爐渣)②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SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(腐蝕玻璃)。③二氧化硅的弱氧化性：SiO2高溫下與C作用可制取粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2C＋SiO22CO↑＋Si。(4)二氧化硅的用途：①SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料。②SiO2常被用來(lái)制造石英表中的壓電材料。③SiO2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：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓(說(shuō)明碳酸酸性比硅酸酸性要強(qiáng))?！净A(chǔ)題二】下列說(shuō)法正確確的是()A．二氧化硅是是酸性氧化物物，它可以跟跟堿反應(yīng)，但但不能與任何何酸反應(yīng)B．根據(jù)反應(yīng)SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸酸性比碳酸強(qiáng)強(qiáng)C．二氧化碳通通入硅酸鈉溶溶液中可以制制得硅酸D．晶體硅常被被用來(lái)制造光光導(dǎo)纖維C【解析】二氧化硅是酸酸性氧化物，，但它可以與與氫氟酸發(fā)生生反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；反應(yīng)SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑只有在高溫下下才能進(jìn)行，，由于CO2是氣體，生成成后脫離反應(yīng)應(yīng)體系使反應(yīng)應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)進(jìn)行，但這不不能說(shuō)明硅酸酸的酸性比碳碳酸的酸性強(qiáng)強(qiáng)；要比較硅硅酸和碳酸的的酸性強(qiáng)弱就就是要比較它它們?cè)谒芤阂褐须婋x出H＋的難易程度，，如CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，符合強(qiáng)酸制制弱酸的規(guī)律律，也可說(shuō)明明碳酸的酸性性比硅酸的強(qiáng)強(qiáng)；SiO2是光導(dǎo)纖維的的主要成分，，光導(dǎo)纖維可可以用SiO2來(lái)制取。三、硅酸鹽硅酸鹽是由硅硅、氧和金屬屬組成的化合合物的總稱。。1．表示：硅酸鹽的組成成比較復(fù)雜，，常用氧化物物的形式表示示。表示順序序?yàn)椋夯顫娊鸾饘傺趸?、、較活潑金屬屬氧化物、二二氧化硅、水水。如正長(zhǎng)石石(KAlSi3O8)可表示為：K2O·Al2O3·6SiO2。2．硅酸鹽產(chǎn)品品：玻璃、水水泥、陶瓷等等。水泥玻璃(普通)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英設(shè)備水泥回轉(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】用氧化物的形形式表示下列列硅酸鹽的組組成。①硅酸鈉：；；②硅酸鈣：；；③高嶺石：Na2SiO3Na2O·SiO2CaSiO3CaO·SiO2Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O【溫馨提示】硅酸鹽由于組組成比較復(fù)雜雜，常用氧化化物形式表示示。氧化物的順序序：活潑金屬屬氧化物→較活潑金屬氧氧化物→二氧化硅→水氧化物前系數(shù)數(shù)配置原則：：除氧元素外外，其他元素素按原子個(gè)數(shù)數(shù)守恒原則配配置系數(shù)。注意事項(xiàng)：①氧化物之間以以“·”隔開；②系數(shù)配置出現(xiàn)現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為為整數(shù)。重要考點(diǎn)1二氧化硅與二二氧化碳的比比較SiO2與CO2的比較CO2SiO2與堿性氧化物反應(yīng)CaO＋CO2CaCO3CaO＋SiO2CaSiO3與堿液的反應(yīng)2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與鹽反應(yīng)Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClOSiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑CO2SiO2與碳反應(yīng)C＋CO22CO2C＋SiO2

Si＋2CO↑與H2O作用CO2＋H2OH2CO3不與水化合與酸反應(yīng)不反應(yīng)只與HF反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O【考點(diǎn)釋例1】指出下列反應(yīng)應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)學(xué)性質(zhì)或作用用，在A～D選項(xiàng)中選擇正正確答案填入入括號(hào)內(nèi)。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O()②SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑()③SiO2＋2CSi＋2CO↑()④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O()A．作為玻璃的的成分被消耗耗而使玻璃被被腐蝕B．弱氧化性C．酸性氧化物物的通性D．將揮發(fā)性的的酸酐從其鹽鹽中置換出來(lái)來(lái)【解析】本題全面考查查SiO2的性質(zhì)，將所所給選項(xiàng)結(jié)合合實(shí)際一一對(duì)對(duì)應(yīng)查找。A用來(lái)雕雕刻玻玻璃，，應(yīng)有有氫氟氟酸(HF)參與反反應(yīng)；；B中弱氧氧化性性是指指反應(yīng)應(yīng)物SiO2中Si得電子子，化化合價(jià)價(jià)降低低；D是揮發(fā)答案：：①C②D③B④A【溫馨提提示】硅及其其化合合物的的特性性：1．Si的還原原性大大于C，但C卻能在在高溫溫下還還原出出Si：2C＋SiO2Si＋2CO↑。2．非金金屬單單質(zhì)跟跟堿液液作用用一般般無(wú)H2放出，，但Si卻放出出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．非金金屬單單質(zhì)一一般不不跟非非氧化化性酸酸作用用，但但Si能與HF作用：：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。4．非金金屬單單質(zhì)一一般為為非導(dǎo)導(dǎo)體，，但Si為半導(dǎo)導(dǎo)體。。5．SiO2是H2SiO3的酸酐酐，但但它不不溶于于水，，不能能直接接將它它與水水作用用制備備H2SiO3。6．非金金屬氧氧化物物的熔熔沸點(diǎn)點(diǎn)一般般較低低，但但SiO2的熔沸沸點(diǎn)卻卻很高高。7．酸性性氧化化物一一般不不與酸酸作用用，但但SiO2能跟HF作用：：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。8．無(wú)機(jī)機(jī)酸一一般易易溶于于水，，H2SiO3卻難溶溶于水水。9．因碳碳酸的的酸性性強(qiáng)于于硅酸酸，所所以在在Na2SiO3溶液中中通入入CO2能發(fā)生生下列列反應(yīng)應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，但在在高溫溫下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)發(fā)生。。10．Na2SiO3的水溶溶液稱稱水玻玻璃，，但它它與玻玻璃的的成分分大不不相同同，硅硅酸鈉鈉水溶溶液(即水玻玻璃)俗稱泡泡花堿堿，但但它卻卻是鹽鹽的溶溶液，，并不不是堿堿溶液液。1.(湖南同同升湖湖實(shí)驗(yàn)驗(yàn)學(xué)校校2010屆高三三第一一次月月考)往下列列溶液液中通通入足足量CO2，溶液液中最最終沒沒有固固體物物質(zhì)的的是()A．飽和和碳酸酸鈉溶溶液B．偏鋁鋁酸鈉鈉溶液液C．硅酸酸鈉溶溶液D．次氯氯酸鈣鈣溶液液D2.對(duì)于ⅣA族元素素，下下列敘敘述中中不正正確的的是()A．SiO2和CO2中，Si和O，C和O之間都都是共共價(jià)鍵鍵B．C、Si和Ge的最外外層電電子數(shù)數(shù)都是是4，次外外層電電子數(shù)數(shù)都是是8C．CO2和SiO2都是酸性氧氧化物，在在一定條件件下都能和和氧化鈣反反應(yīng)D．該族元素素的主要化化合價(jià)是＋＋4和＋2B【解析】一般非金屬屬與非金屬屬原子之間間以共價(jià)鍵鍵結(jié)合，A正確。C、Si、Ge為同主族元元素，最外外層電子數(shù)數(shù)相等，均均為4，但核電荷荷數(shù)依次增增多，次外外層電子數(shù)數(shù)依次為2、8、18，B錯(cuò)誤。大多多數(shù)非金屬屬氧化物是是酸性氧化化物，如CO2、SiO2，酸性氧化化物在一定定條件下能能夠與堿性性氧化物(如CaO)反應(yīng)，C正確。最高高正化合價(jià)價(jià)數(shù)等于最最外層電子子數(shù)，ⅣA族元素的主主要化合價(jià)價(jià)是＋4和＋2，D正確。3.已知A、B、C三種元素均均為短周期期元素，它它們的原子子序數(shù)關(guān)系系為C>B>A。A元素原子的的最外層電電子數(shù)是次次外層電子子數(shù)的2倍，B和C可形成BC4型化合物。。用化學(xué)符符號(hào)填空：：(1)三種元素中中A是____、B是____、C是____。(2)A、B、C的最高價(jià)氧氧化物對(duì)應(yīng)應(yīng)的水化物物分別為、____、____，在這些水水化物中，，酸性最弱弱的是____。CSiClH2CO3H2SiO3H2SiO3H2SiO3(3)BC4的電子式是是。。(4)用離子方方程式表表示出用用B的氧化物物制得

。SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O、SiO32-＋2H＋===H2SiO3↓【解析】依據(jù)A的電子子層結(jié)結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)，，可知知A為碳；；B和C可形成成BC4型化合合物，，可推推知B為ⅣA族元素素，C為ⅦA族元素素，又又因?yàn)闉樵幼有驍?shù)數(shù)的關(guān)關(guān)系C>B>A，可知知B為Si，C為氯，，結(jié)合合其化化合物物的性性質(zhì)，，可推推知其其他問問題的的答案案。重要考考點(diǎn)2無(wú)機(jī)非非金屬屬材料料1．傳統(tǒng)統(tǒng)無(wú)機(jī)機(jī)非金金屬材材料(1)玻璃原料：：生產(chǎn)普普通玻玻璃的的主要要原料料是純純堿(Na2CO3)，石灰灰石(CaCO3)和石英英(SiO2)。主要設(shè)設(shè)備：：玻璃璃熔爐爐反應(yīng)應(yīng)原原理理：：將粉粉碎碎混混勻勻的的原原料料加加強(qiáng)強(qiáng)熱熱使使之之熔熔化化，，發(fā)發(fā)生生復(fù)復(fù)雜雜的的物物理理化化學(xué)學(xué)變變化化，，冷冷卻卻即即成成玻玻璃璃。。其其中中主主要要化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)是是CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑主要要成成分分：：制造造玻玻璃璃的的原原料料中中，，石石英英是是過過量量的的，，所所以以，，普普通通玻玻璃璃是是CaSiO3、Na2SiO3和SiO2熔化化在在一一起起得得到到的的物物質(zhì)質(zhì)，，其其物物質(zhì)質(zhì)的的量量之之比比為為1∶∶1∶∶4，因因此此玻玻璃璃可可表表示示為為：：Na2O··CaO··6SiO2。主要要性性質(zhì)質(zhì)：：硬而而脆脆，，受受熱熱時(shí)時(shí)在在一一定定溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)逐逐漸漸軟軟化化，，沒沒有有一一定定的的熔熔點(diǎn)點(diǎn)，，故故稱稱作作玻玻璃璃態(tài)態(tài)物物質(zhì)質(zhì)，，耐耐酸酸腐腐蝕蝕(HF除外外)。(2)水泥泥①普通通水水泥泥的的主主要要成成分分為為硅硅酸酸三三鈣鈣(3CaO··SiO2)，硅硅酸酸二二鈣鈣(2CaO··SiO2)和鋁鋁酸酸三三鈣鈣(3CaO··Al2O3)等。。②水泥泥的的特特點(diǎn)點(diǎn)是是水水泥泥具具有有水水硬硬性性，，與與水水摻摻和和攪攪拌拌并并靜靜置置后后，，很很容容易易凝凝固固變變硬硬。。③混凝土土是指指水泥泥、沙沙子和和碎石石的混混合物物，混混凝土土常用用鋼筋筋作結(jié)結(jié)構(gòu)，，這就就是通通常所所說(shuō)的的鋼筋筋混凝凝土。。2．新型型無(wú)機(jī)機(jī)非金金屬材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(qiáng)，電絕緣性好汽輪機(jī)葉片、軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)度高，耐磨，無(wú)毒，不溶于水，對(duì)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(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)聲納系統(tǒng)、氣象檢測(cè)、遙控環(huán)境保護(hù)、家用電器、壓電地震儀【考點(diǎn)釋例2】漢代器物上上的顏料“漢紫”至今尚沒有有發(fā)現(xiàn)其自自然存在的的記載。20世紀(jì)80年代科學(xué)家家進(jìn)行超導(dǎo)導(dǎo)材料研究究時(shí)，偶然然發(fā)現(xiàn)其成成分為紫色色的硅酸銅銅鋇(化學(xué)式：BaCuSi2Ox，Cu為＋2價(jià))，下列有關(guān)關(guān)“漢紫”的說(shuō)法中不不正確的是是()A．用鹽的形形式表示：：BaSiO3·CuSiO3B．用氧化物物形式表示示：BaO·CuO·2S