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【金版学案】2016-2017学年高中化学 第4章 第1节 硅无机非金属材料课件 鲁科版必修1


第4章

材料家族中的元素

第 1 节 硅 无机非金属材料

[学习目标]

1.了解硅的物理性质、化学性质。 2.了

解二氧化硅的性质, 认识硅、 二氧化硅作为无机非金属材 料的特性及其用途。3.了解硅酸盐等无机非金属材料的基 本组成、性能和用途。

知识衔接 1.地壳中硅的含量仅次于氧,占第 2 位。 2.高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中 掺入微量的其他元素做成的太阳能电池,将太阳能转变 为电能。 3.芯片是电脑中的核心部件,它是用纯度极高的硅 单质制成的。 4.经常见到沙子,它的主要成分是 SiO2(写化学式)。

自主学习 一、硅单质 1.物理性质。 晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体,熔点高、硬度 大、有脆性。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间, 是良好的半导体材料。

2.化学性质。 (1)稳定性: 常温下硅的化学性质不活泼, 只能与 HF、 F2 和强碱溶液反应。
(2)还原性:在加热条件下,硅能与一些非金属单质 发生反应: 高温 Si+2Cl2=====SiCl4, △ Si+O2=====SiO2, 高温 Si+C=====SiC。

3.工业制法。
高温 (1)制粗硅:SiO2+2C ===== Si(粗)+2CO↑; △ (2)粗硅提纯:Si(粗)+2Cl2 ===== SiCl4,

△ SiCl4+2H2=====Si(纯)+4HCl。

4.用途。 (1)用做半导体材料,制造集成电路、晶体管、硅整 流器等半导体器件。 (2)制合金, 如含硅 4%的钢可制成变压器的铁芯, 含 硅 15%的钢可制造耐酸设备等。 (3)制造光电池,将光能直接转换为电能。

二、二氧化硅 1.存在。 沙子、石英、水晶的主要成分是 SiO2。 2.结构。 SiO2 晶体是由 Si 和 O 按原子数之比为 1∶2 的比例 组成的正四面体结构的晶体。 每个硅原子周围结合 4 个 O 原子,每个 O 周围结合 2 个 Si 原子。

3.物理性质。 熔点高;硬度大;溶解性:难溶于水。 4.化学性质。

5.用途。 (1)以 SiO2 为主要成分的沙子是基本的建筑材料。 (2)纯净的 SiO2 是现代光学及光纤制品的基本原料, 可以制作光导纤维。 (3)用石英和玛瑙制作饰物和工艺品。

三、硅酸盐与无机非金属材料 1.硅酸盐的性质。 硅酸盐是一类结构复杂的固态物质,大多不溶于 水,化学性质很稳定。

2.三种常见的硅酸盐产品。

硅酸盐 产品

原料

主要设备

主要成分 硅酸二钙 硅酸三钙 铝酸三钙 2CaO· SiO2 3CaO· SiO2 3CaO· Al2O3

水泥

石灰石、 黏土

水泥回转 窑

玻璃 陶瓷

纯碱、 石灰 石、石英 黏土

玻璃窑

Na2O·CaO·6SiO2

易错提醒 1.水晶、玛瑙、石英、沙子的主要成分均是二氧化 硅。 2.二氧化硅晶体中存在正四面体结构,但 Si 与 O 原子个数之比不是 1∶4,而是 1∶2;因为每个 O 原子被 2 个正四面体共有。

3.硅单质是半导体材料,二氧化硅是制备光纤的主 要材料。 4.粗硅经精制提纯后用途才广泛。

自我检测 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)硅单质分为晶体硅和无定形硅两种。( (2)晶体硅的结构和金刚石类似,熔点高。( (3)太阳能电池可以采用硅材料制作。( ) ) )

(4)SiO2 是制作半导体的材料, Si 是制作光纤的材料。 ( )

(5)Na2SiO3 的水溶液俗称水玻璃,往其中通入 CO2 有沉淀产生。( )

(6)水泥、玻璃、陶瓷、氮化硅都是传统无机非金属 材料。( )

(7)氢氟酸不能存放在玻璃瓶中,要用塑料瓶存放。 ( )

答 案 : (1)√ (7)√

(2)√

(3)√

(4)×

(5)√

(6)×

2.下列关于二氧化硅的说法错误的是(

)

A.二氧化硅既是非金属氧化物又是酸性氧化物 B.二氧化硅化学性质不活泼,熔点高、硬度大 C.不能用二氧化硅与水直接作用制取硅酸 D.二氧化硅既能与氢氟酸反应,又能与烧碱溶液反 应,所以它是两性氧化物

解析:二氧化硅中各组成元素均为非金属元素,二氧 化硅可与 NaOH 溶液反应生成 Na2SiO3 和 H2O,属于酸 性氧化物,A 项正确;SiO2 性质比较稳定,与大多数物质 都不易发生反应,B 项正确;二氧化硅难溶于水,且不与 水反应,无法直接与水作用制取硅酸,C 项正确; SiO2 是酸性氧化物,D 项错误。
答案:D

3.在制玻璃、制水泥两种工业生产中,都需要原料 ( ) A.纯碱 C.石英 B.石灰石 D.黏土

解析: 这是一道硅酸盐工业中理论联系实际问题的试 题。解答本题时应熟悉生产玻璃、水泥产品的原料情况。 制玻璃的原料是纯碱、 石灰石和石英; 制水泥的原料是石 灰石、黏土等。相互对比后可知 B 项为正确答案。 答案:B

要点

SiO2 与 CO2 的比较

问题:SiO2 与 CO2 有什么区别与联系?
物质 SiO2 CO2

物理性质

熔沸点高、硬度大、 熔沸点低、硬度
固态 小、气态

与水

不反应

CO2+ H2O===H2CO3 不反应 CO2+ 2NaOH===Na2CO3 + H2 O CO2+ CaO===CaCO3

SiO2+4HF===SiF4↑+ 化 与HF 2H O 2 酸 学 用HF来腐蚀和雕刻玻璃 性 SiO2+2NaOH 质 与碱 ===Na2SiO3+H2O 溶液 盛装NaOH溶液的试剂瓶 用软木塞,而不用玻璃塞 与碱 高温 性氧 SiO2+CaO===== CaSiO3 化物

相同 点 异 同 点

都是酸性氧化物,都与碱或碱性氧 化物反应 1.CO2与水反应生成H2CO3,SiO2不 与水反应; 2.SiO2溶于氢氟酸,CO2不与氢氟 酸反应; 3.SiO2须在高温下与碱性氧化物反 应,而CO2可在常温常压下进行

不同 点

下列叙述正确的是(

)

A.CO2 和 SiO2 都是酸性氧化物,所以两者物理性 质相似 高温 B.因为 CaCO3+SiO2=====CaSiO3+CO2↑,所以 硅酸的酸性比碳酸强 C.CO2 和 SiO2 都能与碳反应,且都作氧化剂 D.SiO2 既能和 NaOH 反应,又能和 HF 反应,所以 二氧化硅属于两性氧化物

思路点拨: 此题要从物质的性质入手分析, 特别注意 CO2 与 SiO2 性质的异同点。 解析:CO2 的熔沸点低,SiO2 的熔沸点高,硬度大, 两者都是酸性氧化物,但其物理性质差异很大,A 错;高 温下 SiO2 与 CaCO3 反应是因为产物 CO2 为气体, 不能说 明 H2CO3 的酸性比 H2SiO3 的弱,B 错;

SiO2 只能与 HF 反应, 不能与其他酸反应, 不能说明 SiO2 是两性氧化物,D 错。 答案:C

解题归纳 由氧化物制备相应酸或氢氧化物的规律

下列说法正确的是(

)

A.硅酸不溶于水,因此不与 NaOH 溶液反应 B.硅酸较稳定,受热不易分解 C.CO2 气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 D.SiO2 溶于水显酸性

解析: 硅酸不溶于水, 但与 NaOH 溶液反应: H2SiO3 +2NaOH===Na2SiO3+2H2O,A 项错误。B 项,硅酸受 热分解为 SiO2 和 H2O。C 项符合“强酸制弱酸”的一般 规律。SiO2 不溶于水,也不能与水反应,D 项错误。 答案:C


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