高一化學(xué)必修1 4.1無機(jī)非金屬材料的主角-硅課件

第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅1．了解二氧化硅及硅酸的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．了解硅和硅酸鈉的性質(zhì)和用途。3．了解硅酸鹽產(chǎn)品的性能和用途。4．認(rèn)識硅及其重要化合物對生態(tài)環(huán)境的影響。二.硅及其化合物的作用硅的用途樹形圖記住嗷：硅晶體是良好的半導(dǎo)體材料，主要用于信息技術(shù)和光電池等

一、二氧化硅及硅酸

1．硅元素的存在 硅在地殼中的含量為26.3%，僅次于___，硅的氧化物和硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤，占地殼質(zhì)量的90%以上。硅是一種_________元素，主要以熔點(diǎn)很高的氧化物親氧和硅酸鹽的形式存在。

2．二氧化硅(SiO2)(1)存在硅石水晶

天然二氧化硅的存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱_________。_________和瑪瑙的主要成分都是二氧化硅。氧◆基礎(chǔ)過關(guān)落實(shí)◆

提高：試畫出Si原子結(jié)構(gòu)示意圖并與C比較，由最外層電子數(shù)和原子半徑估計(jì)硅原子的化學(xué)行為，達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、形成共用電子對的情況，主要化合價主要化合價：C：＋2、＋4、－4

Si：＋4、－4原子最外層電子數(shù)為：4碳族元素在周期表中的位置－ⅣA族，Si在ⅣA族第三周期金剛石、晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)立體網(wǎng)狀

二氧化硅晶體為____________結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)單元是[SiO4]四面體，Si在中心，O在4個頂角。SiO2晶體是由Si和O按______的比例組成___________結(jié)構(gòu)的晶體。1∶2立體網(wǎng)狀(3)物理性質(zhì)二氧化硅的熔點(diǎn)______，硬度______，不溶于水，純凈的SiO2

透光性好。高大

提高：試畫出SiO2晶體中原子間結(jié)合的平面示意圖并與CO2比較，說明兩者的理化性質(zhì)的差異；試計(jì)算出SiO2的化學(xué)式為SiO2180o109o28′SiO二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵（4）二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)1.與水的反應(yīng)2.與堿性氧化物的反應(yīng)3.與堿的反應(yīng)4.與鹽的反應(yīng)5.與碳的反應(yīng)（弱氧化性）6.與HF的反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+CaO（或Na2O）====CaSiO3（或Na2SiO3）SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O（強(qiáng)堿腐蝕玻璃，表面光滑時很慢，磨砂面表面積大腐蝕較快）SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑（碳酸鈉也可，因生成氣體而能進(jìn)行，非復(fù)分解反應(yīng)）

SiO2+2C====Si+2CO

↑（由石英砂制粗硅）

SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O

（雕刻玻璃）高溫高溫高溫思考：為什么盛放堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞？解答：由于SiO2易與堿液反應(yīng)生成Na2SiO3，Na2SiO3水溶液是一種礦物膠，有很強(qiáng)的粘合性，把瓶塞和旋塞粘住，致使瓶塞打不開。因此盛NaOH等強(qiáng)堿性溶液的瓶子不得用玻璃塞（中和滴定時所用標(biāo)準(zhǔn)堿液不得用酸式滴定管來盛）．當(dāng)然，盛水玻璃的試劑瓶同樣不得使用玻璃塞，而應(yīng)使用軟木塞或橡皮塞，并注意密封，防止CO2與Na2SiO3溶液反應(yīng)生成硅酸（Na2SiO3＋CO2＋H2O＝＝＝Na2CO3＋H2SiO3↓因強(qiáng)酸與弱酸鹽反應(yīng)生成弱酸且微溶而能進(jìn)行）而變質(zhì)。藥品瓶塞規(guī)律：盛放強(qiáng)堿(溶液)和強(qiáng)堿性物質(zhì)(溶液如碳酸鈉溶液等)的試劑瓶都使用橡皮塞或墊紙片或塑料片,其余都用玻璃塞。二氧化硅的用途：建材原料、光導(dǎo)纖維、飾品、實(shí)驗(yàn)器皿光導(dǎo)纖維練：下列關(guān)于二氧化硅的敘述中，不正確的是

A．二氧化硅是一種堅(jiān)硬難溶的固體，化學(xué)性質(zhì)不活潑B．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反應(yīng)生成酸C．二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別D．二氧化硅是酸性氧化物，不跟任何酸反應(yīng)E.實(shí)驗(yàn)室里盛裝NaOH溶液試劑瓶用橡皮塞或軟木塞，而不用玻璃塞。用離子方程式解釋為SiO2+2OH-==SiO3

2-+H2O答案：D

3．硅酸(H2SiO3)

硅酸是一種很弱的酸(酸性比碳酸____)，微溶于水。硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得的。硅酸鈉與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________________。

“硅膠”是硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到的多孔的硅酸干凝膠，常用作___________，也用作催化劑的載體。（因多孔、表面積大）Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3（膠體）或↓干燥劑弱硅酸受熱不穩(wěn)定而分解：H2SiO3=△=SiO2+H2O

1．硅酸鹽的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性質(zhì) 硅酸鹽是由____________組成的化合物的總稱。其是一大類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多數(shù)不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。用氧化物形式表示硅酸鹽組成的方法：“活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·二氧化硅·水”，如粘土的主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O練：下列說法正確的是A.Ca2Mg5Si8O22(OH)2

用氧化物形式可表示成2CaO·5MgO·8SiO2·H2O

B.Al2O3·2SiO2·2H2O是一種鋁酸鹽、混合物二、硅酸鹽硅、氧和金屬答案：A

傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料

陶瓷普通玻璃（玻璃不是晶體，是一種熔合物-玻璃態(tài)物質(zhì)-沒有固定的熔點(diǎn)，只在一定溫度范圍內(nèi)軟化）水泥生產(chǎn)原料黏土【成分是Al2Si2O5（OH）4】純堿、石灰石、石英黏土、石灰石主要成分

硅酸鹽硅酸鹽（Na2SiO3、CaSiO3

）和SiO2硅酸鹽【小結(jié)】硅酸、硅酸鹽硅酸：不溶、白固、比碳酸還弱、剛生成可成膠體，凝聚脫水得多孔性的“硅膠”－作干燥劑等

硅酸鈉：溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑的原料。寫反應(yīng)方程式和離子方程式：用水玻璃和鹽酸制硅膠；記住三大傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的制備原料：陶瓷：黏土等普通玻璃：純堿、石灰石、石英水泥：黏土、石灰石

單質(zhì)硅象碳單質(zhì)一樣有晶體和無定形兩種，晶體硅的結(jié)構(gòu)與_______類似。 （2）性質(zhì) 單質(zhì)硅是帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點(diǎn)____、硬度___、有脆性，在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，除能與F2、HF、強(qiáng)堿反應(yīng)外，不與其他物質(zhì)如硝酸、硫酸等反應(yīng)。

三、硅單質(zhì)（1）存在及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)金剛石高大109o28′硅的化學(xué)性質(zhì)1、與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)

Si+O2====SiO2

△

Si+2Cl2====SiCl4（再經(jīng)H2還原制得高純硅）2、與氫氟酸的反應(yīng)

Si+4HF====SiF4↑

+2H2↑4、與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)

Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑

反應(yīng)中氧化劑是水,似鋁與強(qiáng)堿液反應(yīng).△

Si+C=高溫=SiC（金剛砂）練（硅、二氧化硅用途）：下列物品或設(shè)備：①水泥路橋，②門窗玻璃，③水晶鏡片，④石英鐘表，⑤瑪瑙手鐲，⑥硅太陽能電池，⑦光導(dǎo)纖維，⑧計(jì)算機(jī)芯片。所用材料為SiO2或要用到SiO2的是A．①②③④⑤⑦

B．全部

C．⑥⑧

D．①②⑦⑧答案：A練：有A、B、C、D四種含硅元素的物質(zhì)，它們能發(fā)生如下反應(yīng)：(1)C與燒堿反應(yīng)生成A和水；(2)A溶液與鈣鹽溶液反應(yīng)生成白色沉淀D；(3)B在空氣中燃燒生成C；(4)C在高溫下與碳反應(yīng)生成單質(zhì)B。根據(jù)上述變化，寫出A、B、C、D的化學(xué)式：A__________，B__________，C__________，D__________。答案：Na2SiO3

Si

SiO2

CaSiO31.非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體（如硫），Si卻為？

2.非金屬單質(zhì)（S、Cl2、Br2、I2）與堿反應(yīng)一般是非金屬發(fā)生歧化反應(yīng)生成2種鹽（非金屬既作氧化劑，又作還原劑），而Si與堿液反應(yīng)卻只作___，生成___：Si+2NaOH+H2O=？(Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O)3.C、Si同屬ⅣA族，還原性是Si___C，而C卻能將Si從SiO2中還原出來（條件是高溫），原因是產(chǎn)物CO氣體迅速從反應(yīng)體系中逸出。SiO2+2C？

4.非金屬單質(zhì)一般___非氧化性酸作用，而Si卻能與HF發(fā)生反應(yīng)。Si+4HF=？

5.酸性氧化物一般___酸發(fā)生非氧化還原反應(yīng)，但SiO2卻能與HF作用。SiO2+4HF=？

提高：硅單質(zhì)及其化合物的特例6．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。7．非金屬氧化物的熔沸點(diǎn)一般較低，但SiO2的熔沸點(diǎn)卻

。8．無機(jī)酸一般易溶于水，H2SiO3卻難溶于水。9．因碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3+CO2+H2O＝

，但在高溫下2Na2CO3+SiO2

也能發(fā)生。10．Na2SiO3的水溶液稱水玻璃，但它與玻璃的成分——。硅、二氧化硅、硅酸的性質(zhì)

A．玻璃與氫氟酸C．單質(zhì)硅與濃硝酸

B．氧化鋁與氫氧化鈉D．在高溫下二氧化硅與生石灰

解析：玻璃的主要成分是硅酸鹽，能與HF發(fā)生反應(yīng)；氧化鋁是兩性氧化物，能溶于強(qiáng)堿；單質(zhì)硅在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，除能與F2、HF、強(qiáng)堿反應(yīng)外，不與其他物質(zhì)反應(yīng)；二氧化硅是酸性氧化物，能在一定條件下與堿性氧化物反應(yīng)。

答案：C1．(2011年廣東廣州檢測)能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是()A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2

難溶于水B.CO2

通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C.高溫下SiO2

與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2D.CO2

是氣體，而SiO2

是固體答案：B2．盛放熔融燒堿應(yīng)選用的器皿是()A．石英坩堝C．生鐵坩堝B．普通玻璃坩堝D．陶瓷坩堝 ①氫氧化鈉能與玻璃發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉，硅酸鈉具有粘性，將瓶塞與試劑瓶粘連，導(dǎo)致瓶塞無法打開，所以盛裝氫氧化鈉的試劑瓶要用軟木塞或者橡膠塞。 ②氫氟酸也能與玻璃發(fā)生反應(yīng)，所以不能用玻璃試劑瓶盛裝氫氟酸，而要用塑料瓶盛裝。

答案：C硅及其化合物的綜合考查

[例2]下列各單質(zhì)和化合物之間存在以下轉(zhuǎn)化關(guān)系，而且各單質(zhì)和化合物的組成元素的原子皆不超過三個電子層。由圖4－1－1中各物質(zhì)間的關(guān)系判斷：圖4－1－1(1)單質(zhì)A只可能是______，這是因?yàn)開_________________。(2)單質(zhì)B一定是金屬還是非金屬？____________。(3)各化合物的化學(xué)式是：甲________、乙__________、丙________、丁________。

解析：這是一道不定范圍的線路推斷題，解此類型題首先應(yīng)抓住突破口→縮小范圍→分析推理。由A＋NaOH(溶液)→H2＋化合物乙，得A可能為Si或Al，因?yàn)椴怀^三個電子層的只有Si和Al可與NaOH溶液反應(yīng)。又化合物乙＋HCl(過量)→丁，若A為Al，則乙應(yīng)為NaAlO2，丁為AlCl3，當(dāng)丁與NaOH溶液反應(yīng)時，產(chǎn)物可能是Al(OH)3

或NaAlO2，與前述乙為NaAlO2的推斷矛盾，故A為Si，則丁只能為H2SiO3，其他物質(zhì)均可一一推出。

答案：(1)SiA與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)物有H2，則A只可能為Al或Si，但化合物乙與過量鹽酸反應(yīng)可得丁，且它能失去化合物丙，則丁不可能為HAlO2，只能是H2SiO3，則A只能為Si (2)非金屬(3)SiO2Na2SiO3H2OH2SO33．(雙選)制備高純度硅的主要化學(xué)反應(yīng)如下：①SiO2＋2C高溫Si＋2CO↑；②Si＋2Cl2△SiCl4；③SiCl4＋2H2高溫Si＋4HCl。A．只有①是置換反應(yīng)B．②是化合反應(yīng)C．從生產(chǎn)成本考慮，反應(yīng)②、③多余，可省略D．反應(yīng)③中H2

是還原劑，SiCl4是氧化劑答案：AC4．(雙選)下列說法中，正確的是()

A．硅酸是不揮發(fā)性酸，它與食鹽反應(yīng)生成氯化氫

B．氫氟酸能和玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以氫氟酸要存放在塑料瓶中

C．水玻璃有粘性，所以要存放在帶橡膠塞的試劑瓶中

D．燒堿溶液能腐蝕玻璃并生成硅酸鈉，所以燒堿溶液不能存放在玻璃瓶中

解析：硅酸是一種弱酸不能與食鹽發(fā)生反應(yīng)制成氯化氫；但是氯化氫可以與硅酸鹽反應(yīng)生成硅酸：Na2SiO3＋2HClH2SiO3↓＋2NaCl；燒堿溶液可以用玻璃試劑瓶盛裝，但不能

答案：BC用玻璃塞而要用橡皮塞或軟木塞。以下幻燈片為新加，未選編

【變式演練2】判斷下列表述是否正確：①人造剛玉熔點(diǎn)很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅（）②化學(xué)家采用瑪瑙研缽研磨固體反應(yīng)物進(jìn)行無溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽（）③提前建成的三峽大壩使用了大量水泥，水泥成分是二氧化硅（）④太陽能電池可采用硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能（）【例題2】

（07年廣東）下列說法正確的是（）A．硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊B．工藝師利用鹽酸刻腐石英制作藝術(shù)品C．水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽產(chǎn)品D．粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)A關(guān)于硅及其化合物材料應(yīng)用的考查【例題3】（06·天津理綜）晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅②粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2③SiHCl3與過量H2在1000～1100℃反應(yīng)制得純硅已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答下列問題：（1）第①步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為

。（2）粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3（沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量SiCl4（沸點(diǎn)57.6℃)和HCl（沸點(diǎn)-84.7℃),提純SiHCl3采用的方法為________℃300關(guān)于晶體硅的制備及提純實(shí)驗(yàn)的考查SiO2+2CSi+2CO↑分餾（或蒸餾）

（3）用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下（熱源及夾持裝置略去）：①裝置B中的試劑是_______________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是__________________。②反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是________________________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________。③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_______________________________________________。④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑（填寫字母代號）是_______。

a.碘水b.氯水c.NaOH溶液d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化有固體物質(zhì)生成在反應(yīng)過程中，普通玻璃會軟化SiHCl3+H2Si+3HCl排盡裝置中的空氣bd解析：本題考查了硅的工業(yè)制法和粗硅提純，較全面地考查了物質(zhì)的分離、除雜、制備、檢驗(yàn)、現(xiàn)象描述等內(nèi)容，以及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、觀察能力和思維能力。

本節(jié)課小結(jié)：碳族元素：知識點(diǎn)一了解碳族元素的遞變規(guī)律知識點(diǎn)二掌握碳單質(zhì)及其化合物（氧化物）的性質(zhì)知識點(diǎn)三掌握硅單質(zhì)及其化合物（氧化物）的性質(zhì)1、（09廣東理綜）下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是（）①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A．①②B．②③C．①④D．③④C鞏固訓(xùn)練2、（09廣東理綜）下列除去雜質(zhì)的方法正確的是（）A．除去CO2中混有的CO：用澄清石灰水洗氣B．除去BaCO3固體中混有BaSO4的：加過量鹽酸后，過濾、洗滌C．除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入過量鐵粉，過濾D．除去Cu粉中混有的CuO：加適量稀硝酸后，過濾、洗滌鞏固訓(xùn)練3、下列反應(yīng)的離子方程式，正確的是（）

A.二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4H+=Si4++2H2OB.硅與氫氧化鉀溶液反應(yīng)Si+2OH-+H2O=SiO2+2H2↑C.把水玻璃溶液滴入鹽酸中SiO32-+2H+=H2SiO3↓D.碳酸鋇溶于稀硝酸CO3

2-+2H+=H2O+CO2↑CC4．（09浙江卷28）（15分）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、硫、磷等雜質(zhì)），粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅（反應(yīng)溫度450-500°C），四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。鞏固訓(xùn)練相關(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)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點(diǎn)/℃57.712.8—315—熔點(diǎn)/℃－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，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是

（填寫元素符號）。MnO2+4H＋

+2Cl－Mn2＋

+Cl2↑+2H2O

平衡壓強(qiáng)，使液體順利流出并防止漏氣；

濃硫酸

產(chǎn)物SiCl4沸點(diǎn)低，需要冷凝收集

Al、P、Cl3.硅酸、硅酸鹽（一）硅酸（1）性質(zhì)硅酸是難溶于水的

酸，其酸性比碳酸

，硅酸不能使紫色石蕊試液變紅色。①硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：

。②硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與