高中化學(xué)必修1課件411單質(zhì)硅與二氧化硅

第4章

第1節(jié)

硅無機(jī)非金屬材料第1課時(shí)單質(zhì)硅與二氧化硅1.了解硅和二氧化硅的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和用途。2.了解二氧化硅與二氧化碳有關(guān)性質(zhì)的對(duì)比。目標(biāo)導(dǎo)航基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)探究隨堂達(dá)標(biāo)檢測欄目索引一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)學(xué)答案1.半導(dǎo)體材料(1)特點(diǎn)：特指導(dǎo)電能力介于

和

之間的一類材料。(2)實(shí)例：最早使用的半導(dǎo)體材料是

，現(xiàn)在最廣泛使用的半導(dǎo)體材料是

。2.硅的存在地殼中硅的含量僅次于

，硅全部以

態(tài)存在，主要存在形式為

__________和

。導(dǎo)體絕緣體鍺(Ge)硅氧化合二氧化硅硅酸鹽3.單質(zhì)硅(1)單質(zhì)硅有

和無定形硅(非晶硅)兩種。

(2)晶體硅的物理性質(zhì)答案晶體硅狀態(tài)顏色光澤熔點(diǎn)質(zhì)地導(dǎo)電性固體_____色有____光澤_________________和__________灰黑金屬很高硬而脆導(dǎo)體絕緣體之間(3)化學(xué)性質(zhì)①常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，只與F2、氫氟酸HF、強(qiáng)堿(如NaOH)溶液反應(yīng)。Si＋

F2===______，Si＋

HF===

，

Si＋2NaOH＋H2O===

。②加熱條件下和某些非金屬單質(zhì)(如O2、Cl2)發(fā)生反應(yīng)。答案SiO22SiF44SiF4↑＋2H2↑Na2SiO3＋2H2↑(4)用途用于制造晶體管、

電路、硅整流器和太陽能電池等，其合金用于制造變壓器鐵芯和耐酸設(shè)備等。(5)硅的工業(yè)制備①制粗硅用焦炭在高溫下還原二氧化硅可得粗硅，化學(xué)方程式為_____________________。②粗硅精煉粗硅在高溫下與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(液體)，四氯化硅經(jīng)蒸餾提純后，再用H2還原，制得高純度的硅，化學(xué)方程式為_____________________，________________________。答案集成二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維1.二氧化硅(1)存在：SiO2廣泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。純凈的SiO2又稱

。(2)物理性質(zhì)答案狀態(tài)顏色熔點(diǎn)硬度水溶性晶體_________________水晶無色高大不溶(3)化學(xué)性質(zhì)①具有酸性氧化物的通性：a.常溫下SiO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成鹽和水：SiO2＋2NaOH===________________；b.高溫下SiO2與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽：SiO2＋CaO

。②弱氧化性：SiO2＋2C

。③特性：與氫氟酸(HF)反應(yīng)：SiO2＋

HF===_____________。此反應(yīng)常被用來刻蝕_____。答案Si(粗)＋2CO↑Na2SiO3＋H2OCaSiO34SiF4↑＋2H2O玻璃2.光導(dǎo)纖維(1)主要成分：

。(2)用途：用于

、能量傳輸、

處理，遙測遙控和醫(yī)療器械制造等。答案SiO2通訊信息答案練一練1.正誤判斷，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”(1)因?yàn)楣璧幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，所以在自然界中有游離態(tài)的硅存在(

)(2)SiO2是酸性氧化物，所以SiO2能與H2O反應(yīng)生成硅酸(

)(3)因?yàn)镾iO2能導(dǎo)電，所以SiO2能用于制造光導(dǎo)纖維(

)(4)熔融NaOH可用石英坩堝盛放(

)(5)SiO2晶體是由SiO2分子直接組成的(

)(6)光導(dǎo)纖維在強(qiáng)堿條件下易發(fā)生“斷路”(

)×××××√2.下列關(guān)于硅及二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)方程式書寫錯(cuò)誤的是(

)A.硅與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑B.硅與燒堿溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑C.硅與鹽酸反應(yīng)：Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑D.二氧化硅在高溫下被C還原：SiO2＋2C

Si＋2CO↑C返回解析答案一、硅及其化合物的特性1.硅的特性(1)一般情況，非金屬單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅熔、沸點(diǎn)高，硬度大；非金屬單質(zhì)一般不導(dǎo)電，但Si為半導(dǎo)體，有一定的導(dǎo)電能力。(2)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si卻能與HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。重點(diǎn)難點(diǎn)探究(4)非金屬單質(zhì)跟堿液的作用一般既做氧化劑又做還原劑，且無H2放出，但Si與堿液(如NaOH溶液)反應(yīng)只做還原劑，且放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。2.硅的化合物的特性(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接用它與水反應(yīng)來制取H2SiO3。(2)非金屬氧化物的熔、沸點(diǎn)一般較低，但SiO2的卻很高。(3)酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(4)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生，原因是CO2是低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的氣體，SiO2是高沸點(diǎn)、難揮發(fā)的固體。例1

關(guān)于硅的化學(xué)性質(zhì)的敘述中，不正確的是(

)A.在常溫下，不與任何酸反應(yīng)B.在常溫下，可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)C.在加熱條件下，能與氧氣、氯氣反應(yīng)D.硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體解析答案解析A項(xiàng)，在常溫下，Si能與氫氟酸反應(yīng)，不正確；Si在常溫下能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，加熱條件下也能與Cl2、O2等反應(yīng)，B、C正確；單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種，D正確。

A(1)自然界中存在游離態(tài)的碳，卻不存在游離態(tài)的硅。(2)二氧化硅與焦炭在隔絕空氣的條件下制取粗硅時(shí)，生成的是CO而不是CO2。(3)硅是唯一一種能與NaOH溶液反應(yīng)生成氫氣的非金屬單質(zhì)。(4)SiO2雖然既能與某些酸反應(yīng)又能與某些堿反應(yīng)，但是SiO2是酸性氧化物，不是兩性氧化物。SiO2只與HF反應(yīng)，與其他的酸不反應(yīng)，這是SiO2的特性。解題反思變式訓(xùn)練1科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于做為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法中正確的是(

)A.硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，常溫下不能與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)B.硅在自然界中的含量很大，自然界中存在大量的單質(zhì)硅C.高純度的硅被用于制做計(jì)算機(jī)芯片D.高純度的硅常被用來制造光導(dǎo)纖維C解析答案解析硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，但在常溫下能與強(qiáng)堿溶液、HF、F2等反應(yīng)，A不正確；自然界中硅以化合態(tài)形式存在，沒有單質(zhì)硅，B不正確；SiO2用于制造光導(dǎo)纖維，而不是Si，D不正確。二、SiO2與CO2的比較化學(xué)式CO2SiO2構(gòu)成CO2分子硅原子和氧原子按1∶2的比例組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，無SiO2分子物理性質(zhì)氣體，熔、沸點(diǎn)低，溶于水固體，熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水

化學(xué)性質(zhì)與堿溶液2NaOH＋CO2(少量)===Na2CO3＋H2O、NaOH＋CO2(足量)===NaHCO3SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與水CO2＋H2O===H2CO3不反應(yīng)與碳C＋CO22CO2C＋SiO2Si＋2CO↑與酸不反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

化學(xué)性質(zhì)與堿性氧化物CO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOCaSiO3與鹽Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑用途干冰用于人工降雨，合成肥料制飾品、制實(shí)驗(yàn)室里的坩堝、制光導(dǎo)纖維(1)SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，但SiO2不屬于兩性氧化物而屬于酸性氧化物。(2)SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大，是由于二者結(jié)構(gòu)上的差別造成的，SiO2是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子結(jié)合成的分子，微粒間的作用力遠(yuǎn)小于SiO2。特別提醒例2下列敘述正確的是(

)A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以兩者物理性質(zhì)相似B.因?yàn)镃aCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)C.CO2和SiO2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑D.SiO2既能和NaOH反應(yīng)，又能和HF反應(yīng)，所以二氧化硅屬于兩性氧化物解析答案解析CO2和SiO2都是酸性氧化物，和其物理性質(zhì)無因果關(guān)系，CO2熔、沸點(diǎn)低，硬度小，微溶于水，SiO2的熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水。CO2和SiO2的物理性質(zhì)相差較大，A項(xiàng)不正確；CO2和SiO2都與碳反應(yīng)，碳作還原劑，CO2和SiO2作氧化劑，C正確；SiO2與HF反應(yīng)是HF的特性，SiO2不與其他酸反應(yīng)，故SiO2不屬于兩性氧化物，D項(xiàng)不正確。答案C

(1)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)。(2)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，但SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)“較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律之一，Na2SiO3溶液中通CO2，反應(yīng)為Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但SiO2在高溫下能發(fā)生如下反應(yīng)：解題反思變式訓(xùn)練2下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是(

)A.CO2、SiO2都能與堿性氧化物反應(yīng)B.CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C.SiO2可用來制作干燥劑，因SiO2可與水反應(yīng)D.CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的答案返回A隨堂達(dá)標(biāo)檢測解析答案1.華裔科學(xué)家高錕因“在光學(xué)通信領(lǐng)域光在光導(dǎo)纖維中傳輸?shù)难芯糠矫嫠〉玫拈_創(chuàng)性成就”獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光導(dǎo)纖維的主要成分是(

)A.Si B.SiO2C.Na2SiO3

D.SiCl4123456解析光導(dǎo)纖維的主要成分為SiO2。B2.下列說法中正確的是(

)A.SiO2溶于水顯酸性B.SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，熔點(diǎn)高、硬度大C.光導(dǎo)纖維導(dǎo)電能力很強(qiáng)，是一種很好的通信材料D.SiO2是一種酸性氧化物，它可以與NaOH溶液反應(yīng)，但不與任何酸反應(yīng)解析答案123456解析SiO2不溶于水也不與水反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B正確；光導(dǎo)纖維不導(dǎo)電，C項(xiàng)錯(cuò)誤；SiO2是酸性氧化物，能與強(qiáng)堿反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

B解析答案123456解析BaCO3不能在酸性環(huán)境中存在，即CO2與Ba(NO3)2溶液不反應(yīng)。D4.下列說法中，正確的是(

)A.CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的B.CO2、SiO2都是酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng)C.CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定條件下都能和CaO反應(yīng)D.CO2、SiO2分別是H2CO3、H2SiO3的酸酐，因而均可與水反應(yīng)生成相

應(yīng)的酸

解析答案123456解析SiO2直接由硅原子、氧原子構(gòu)成，CO2是由CO2分子構(gòu)成，A錯(cuò)；