高中化學(xué) 第四章 第一節(jié)無機非金屬材料的主角 硅 新人教版必修1

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1、第四章非金屬及其化合物第四章非金屬及其化合物第四章第四章非金屬及其化合物非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅硅第四章非金屬及其化合物第四章非金屬及其化合物新知初探自學(xué)導(dǎo)引新知初探自學(xué)導(dǎo)引 自主學(xué)習(xí)一、硅元素一、硅元素1.含量：硅在地殼中含量為含量：硅在地殼中含量為26.3%，僅次于，僅次于_。2.原子結(jié)構(gòu)：硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖為原子結(jié)構(gòu)：硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_。最外層電子數(shù)為。最外層電子數(shù)為_個，其原子既不易失去個，其原子既不易失去也不易得到電子也不易得到電子,主要形成四價的化合物。主要形成四價的化合物。氧氧43.存在：硅是一種親氧元素，在自然界中總存在：硅是一

2、種親氧元素，在自然界中總是與氧相互化合，以熔點很高的是與氧相互化合，以熔點很高的_及及_形式存在于巖石、沙子和土壤形式存在于巖石、沙子和土壤中，占地殼質(zhì)量的中，占地殼質(zhì)量的90%以上。以上。二、二氧化硅二、二氧化硅1.存在存在SiO2存在形態(tài)有存在形態(tài)有_形和無定形兩大類，形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。石英、水晶、瑪瑙、沙子、光導(dǎo)統(tǒng)稱硅石。石英、水晶、瑪瑙、沙子、光導(dǎo)纖維的主要成分均是纖維的主要成分均是_。氧化物氧化物硅酸鹽硅酸鹽結(jié)晶結(jié)晶SiO22.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)SiO2晶體是晶體是_空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個Si周圍結(jié)合周圍結(jié)合_個個O，每個，每個O周圍有周圍有_個個Si，SiO_。3.物

3、理性質(zhì)物理性質(zhì)熔點：熔點：_；硬度：；硬度：_；溶解性：；溶解性：_溶于水。溶于水。四面體四面體4212高高大大不不SiO22NaOH = Na2SiO3H2OSiO24HF = SiF42H2O5.用途用途(1)沙子是基本的建筑材料；沙子是基本的建筑材料；(2)純凈的純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本材料，可以制作本材料，可以制作_；(3)石英和瑪瑙制作飾物和工藝品；石英和瑪瑙制作飾物和工藝品；(4)實驗室中使用石英坩堝。實驗室中使用石英坩堝。光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 想一想 1實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡皮塞，而不用玻璃塞？ 提示：玻璃中含有SiO2，Si

4、O2與NaOH溶液反應(yīng)生成黏性的Na2SiO3，會使瓶塞與瓶口粘在一起，不易打開。三、硅酸三、硅酸1.物理性質(zhì)物理性質(zhì)顏色：顏色：_；狀態(tài)：膠狀固體；溶解性：；狀態(tài)：膠狀固體；溶解性：_溶于水。溶于水。2.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)(1)弱酸性弱酸性向向Na2SiO3溶液中通入適量溶液中通入適量CO2氣體，化學(xué)氣體，化學(xué)方程式為：方程式為：白色白色難難_。結(jié)論結(jié)論(酸性酸性)：H2SiO3_H2CO3。(2)不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性H2SiO3不穩(wěn)定，受熱易分解，化學(xué)方程不穩(wěn)定，受熱易分解，化學(xué)方程式為：式為：_。Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3H2SiO3 SiO2H2O3.制備制備實實驗

5、驗操操作作實實驗驗現(xiàn)現(xiàn)象象滴加酚酞后溶液滴加酚酞后溶液呈呈_色色，滴加稀，滴加稀鹽酸后溶液變鹽酸后溶液變?yōu)闉開色色，有有_生生成成結(jié)結(jié)論論Na2SiO3溶液溶液呈呈_性性；滴加稀鹽酸后；滴加稀鹽酸后反應(yīng)的化學(xué)方程式為反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_紅紅無無白色膠狀物質(zhì)白色膠狀物質(zhì)堿堿Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(膠體膠體)4.硅膠硅膠SiO2干燥劑干燥劑催化劑催化劑四、硅酸鹽四、硅酸鹽1.概念概念硅酸鹽是由硅酸鹽是由_、氧和金屬組成的化合物、氧和金屬組成的化合物的總稱。的總稱。2.硅酸鹽的性質(zhì)硅酸鹽的性質(zhì)硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多_于水，化

6、學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。硅硅不溶不溶3.硅酸鹽組成的表示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通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。示其組成。例如：例如：Na2SiO3：Na2OSiO2；紅柱石：；紅柱石：Al2SiO5Al2O3SiO2。4.最常見的硅酸鹽最常見的硅酸鹽Na2SiO35.常見的硅酸鹽產(chǎn)品常見的硅酸鹽產(chǎn)品產(chǎn)產(chǎn)品品原料原料主要設(shè)主要設(shè)備備主要成分主要成分水水泥泥石灰石灰石石、黏土、黏土水泥回水泥回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)窯硅酸二鈣硅酸二鈣2CaOSiO2硅酸三鈣硅酸三鈣3CaOSiO2鋁酸三鈣鋁酸三鈣3CaOAl2O3玻玻璃璃純堿、石純堿、石灰石和石灰石和石英

7、英_Na2OCaO6SiO2陶陶瓷瓷黏土黏土玻璃窯玻璃窯6.其他含硅的物質(zhì)其他含硅的物質(zhì)想一想想一想2.二氧化硅能溶于水生成硅酸嗎？若不能，二氧化硅能溶于水生成硅酸嗎？若不能，如何用二氧化硅制取硅酸？如何用二氧化硅制取硅酸？提示：提示：二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)，二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)，應(yīng)使二氧化硅先與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅應(yīng)使二氧化硅先與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，然后再通入二氧化碳?xì)怏w，即可生成酸鈉，然后再通入二氧化碳?xì)怏w，即可生成硅酸沉淀。硅酸沉淀。五、硅單質(zhì)五、硅單質(zhì)1.種類及結(jié)構(gòu)種類及結(jié)構(gòu)單質(zhì)硅分為晶體硅和單質(zhì)硅分為晶體硅和_兩類，晶兩類，晶體硅的結(jié)構(gòu)與體硅的結(jié)構(gòu)與_類似

8、。類似。2.性質(zhì)性質(zhì)(1)物理性質(zhì)物理性質(zhì)無定形硅無定形硅金剛石金剛石色、態(tài)色、態(tài)光澤光澤 熔點熔點 硬度硬度質(zhì)地質(zhì)地導(dǎo)電導(dǎo)電性性灰黑色固灰黑色固體體金屬金屬光澤光澤高高大大脆脆半導(dǎo)半導(dǎo)體體(2)化學(xué)性質(zhì)：在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，化學(xué)性質(zhì)：在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與但能與_、_發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生反應(yīng)。3.用途用途(1)半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光電池等。新型能源，如光電池等。氫氟酸氫氟酸強堿強堿自主體驗自主體驗1.下列敘述中，正確的是下列敘述中，正確的是()A自然界中存在大量的單質(zhì)硅自然界中存在大量的單質(zhì)硅B石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧石英、水晶、

9、硅石的主要成分都是二氧化硅化硅C二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)活潑，能跟酸或堿二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)活潑，能跟酸或堿的溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D自然界中硅元素都存在于石英中自然界中硅元素都存在于石英中解析：選解析：選B。自然界中硅的含量很高，但都。自然界中硅的含量很高，但都是以化合態(tài)存在，是以化合態(tài)存在，A選項錯誤；硅是親氧元選項錯誤；硅是親氧元素，主要以氧化物及硅酸鹽形式存在，素，主要以氧化物及硅酸鹽形式存在，D項項錯誤。二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，錯誤。二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，C項錯項錯誤。誤。2.(2012河南焦作高一期末河南焦作高一期末)硅的氧化物及硅硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖

10、石、沙子和土酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤，在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主壤，在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是()解析：選解析：選C?，旇?、光導(dǎo)纖維、水晶的主要?，旇?、光導(dǎo)纖維、水晶的主要成分都是成分都是SiO2，太陽能電池板主要材料是硅，太陽能電池板主要材料是硅單質(zhì)。單質(zhì)。解析：選解析：選D。由于。由于H2SiO3的酸性比碳酸要弱，故的酸性比碳酸要弱，故將水玻璃露置在空氣中時，會發(fā)生以下反應(yīng)而將水玻璃露置在空氣中時，會發(fā)生以下反應(yīng)而變質(zhì)：變質(zhì)：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。要點突破講練互動

11、要點突破講練互動探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引1 為什么為什么CO2和和SiO2在化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)性質(zhì)上具有一定的相似性而物理性質(zhì)差異很大？上具有一定的相似性而物理性質(zhì)差異很大？提示：提示：因為二者結(jié)構(gòu)不同，因為二者結(jié)構(gòu)不同，SiO2為立體網(wǎng)狀為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。SiO2與與CO2的比較的比較探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引2 CO2與酸不反應(yīng)，與酸不反應(yīng)，SiO2是否與是否與酸反應(yīng)？酸反應(yīng)？提示：提示：SiO2可與氫氟酸反應(yīng)?？膳c氫氟酸反應(yīng)。 要點歸納特別提醒特別提醒(1)SiO2和和CO2都是酸性氧化物，與堿反應(yīng)都是酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成鹽和水。生成鹽和水。(2)CO2與與H2O能反應(yīng)，但能反應(yīng)，但SiO2不溶于水也

12、不不溶于水也不與水反應(yīng)；與水反應(yīng)；SiO2與氫氟酸能反應(yīng)，但與氫氟酸能反應(yīng)，但CO2不不與酸反應(yīng)。與酸反應(yīng)。 即時應(yīng)用解析：選解析：選C。CO2的熔沸點低，溶于水，的熔沸點低，溶于水，SiO2的熔沸點高，硬度大，不溶于水，兩者的熔沸點高，硬度大，不溶于水，兩者是酸性氧化物和其物理性質(zhì)沒有因果關(guān)系，是酸性氧化物和其物理性質(zhì)沒有因果關(guān)系，A錯；錯；CaCO3和和SiO2反應(yīng)是反應(yīng)是SiO2的特殊性質(zhì)的特殊性質(zhì),不能說明不能說明H2CO3的酸性比的酸性比H2SiO3的弱的弱,B錯；錯；SiO2和和HF反應(yīng)也是反應(yīng)也是SiO2的特殊性質(zhì)，不能說的特殊性質(zhì)，不能說明明SiO2是兩性氧化物，是兩性氧化物，

13、D錯。錯。單質(zhì)硅的性質(zhì)與制取單質(zhì)硅的性質(zhì)與制取探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引3能與能與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2的的單質(zhì)只有金屬單質(zhì)只有金屬Al嗎？嗎？提示：提示：不是，還有不是，還有Si。探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引4欲鑒別單質(zhì)硅和碳可選擇什么欲鑒別單質(zhì)硅和碳可選擇什么試劑？試劑？提示：提示：可用可用NaOH溶液，能反應(yīng)的為硅。溶液，能反應(yīng)的為硅。 要點歸納 特別提醒 (1)Si、SiO2都能與氫氟酸反應(yīng)； (2)粗硅制備時，要隔絕空氣,在電爐中進(jìn)行,且生成的是CO而不是CO2。即時應(yīng)用即時應(yīng)用2.有關(guān)硅元素的下列敘述中正確的是有關(guān)硅元素的下列敘述中正確的是()A硅與任何酸都不反應(yīng)硅與任何酸都不反應(yīng)B硅元素

14、是構(gòu)成礦物巖石的主要成分之一硅元素是構(gòu)成礦物巖石的主要成分之一,其化合態(tài)幾乎全部是氧化物和硅酸鹽其化合態(tài)幾乎全部是氧化物和硅酸鹽C硅的性質(zhì)很穩(wěn)定，能以游離態(tài)形式存在硅的性質(zhì)很穩(wěn)定，能以游離態(tài)形式存在于自然界中于自然界中D常溫時硅不與任何物質(zhì)反應(yīng)常溫時硅不與任何物質(zhì)反應(yīng)解析：選解析：選B。硅是親氧元素，在自然界中全。硅是親氧元素，在自然界中全以化合態(tài)形式存在，主要是氧化物和硅酸鹽以化合態(tài)形式存在，主要是氧化物和硅酸鹽的形式，的形式，B對，對，C錯；常溫時錯；常溫時,硅能與氟氣、硅能與氟氣、氫氟酸、氫氧化鈉溶液等發(fā)生反應(yīng)，氫氟酸、氫氧化鈉溶液等發(fā)生反應(yīng)，A、D都錯。都錯。題型探究權(quán)威預(yù)測題型探究權(quán)

15、威預(yù)測SiO2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) (2012大同高一檢測大同高一檢測)下列關(guān)于二氧下列關(guān)于二氧化硅的說法中，錯誤的是化硅的說法中，錯誤的是(雙選雙選)()A二氧化硅也叫硅酸酐二氧化硅也叫硅酸酐B二氧化硅分子由一個硅原子和兩個氧原二氧化硅分子由一個硅原子和兩個氧原子構(gòu)成子構(gòu)成C不能用二氧化硅與水直接作用制取硅酸不能用二氧化硅與水直接作用制取硅酸D二氧化硅既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與燒二氧化硅既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與燒堿反應(yīng)，所以它是兩性氧化物堿反應(yīng)，所以它是兩性氧化物【解析解析】【答案答案】BDA酸酐與對應(yīng)的酸中元素化合價相同，酸酐與對應(yīng)的酸中元素化合價相同，SiO2和和H2SiO3的化合價相

16、同，所以的化合價相同，所以SiO2盡管難溶于水，盡管難溶于水，但它仍是硅酸的酸酐但它仍是硅酸的酸酐正正確確BSiO2晶體是由晶體是由Si和和O按按12的比例所組成的立體的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并不存在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并不存在SiO2分子分子錯錯誤誤C二氧化硅難溶于水，且不與水反應(yīng)，無法直接二氧化硅難溶于水，且不與水反應(yīng)，無法直接與水反應(yīng)制取硅酸與水反應(yīng)制取硅酸正正確確DSiO2與氫氟酸反應(yīng)的方程式為與氫氟酸反應(yīng)的方程式為SiO24HF=SiF42H2O，SiF4不是鹽，不是鹽，SiO2與氫氟酸與氫氟酸反應(yīng)只是一種特殊情況，所以不能說反應(yīng)只是一種特殊情況，所以不能說SiO2是兩是兩性氧化物性氧化物

17、錯錯誤誤硅酸的性質(zhì)和制備硅酸的性質(zhì)和制備 下列說法正確的是下列說法正確的是()【解析解析】硅酸不溶于水，但與硅酸不溶于水，但與NaOH溶液溶液反應(yīng)：反應(yīng)：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，A項錯誤。項錯誤。B項中該反應(yīng)之所以能發(fā)生是在項中該反應(yīng)之所以能發(fā)生是在高溫條件下，高溫條件下，CO2以氣體形式逸出，使反應(yīng)以氣體形式逸出，使反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底，是利用進(jìn)行得比較徹底，是利用SiO2、CO2沸點的沸點的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的強弱。不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的強弱。C項符合項符合“強酸制弱酸強酸制弱酸”的一般規(guī)律。的一般規(guī)律。SiO2不不溶于水溶于水,也不能與水反應(yīng)，

18、也不能與水反應(yīng)，D項錯誤。項錯誤?！敬鸢复鸢浮緾【名師點睛名師點睛】比較酸性強弱，一般在水溶比較酸性強弱，一般在水溶液體系中，符合強酸制弱酸原理。高溫下，液體系中，符合強酸制弱酸原理。高溫下，符合難揮發(fā)性酸制易揮發(fā)性酸原理。符合難揮發(fā)性酸制易揮發(fā)性酸原理。硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系 A、B、C、D、E五種含硅元素的物五種含硅元素的物質(zhì)，相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示：質(zhì)，相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示：(1)推斷推斷AE的化學(xué)式：的化學(xué)式：A_，B_，C_，D_，E_。(2)寫出寫出BA的化學(xué)方程式的化學(xué)方程式_。 AC的離子方程式的離子方程式_?！窘馕鼋馕觥吭诳諝庵腥紵稍诳諝庵腥紵蒁，

19、B可能為可能為Si，B和和D都能與都能與NaOH溶液反應(yīng)生成溶液反應(yīng)生成A，則，則A為為Na2SiO3，A和鹽酸反應(yīng)生成和鹽酸反應(yīng)生成C，C為為H2SiO3，H2SiO3受熱分解又生成受熱分解又生成SiO2，證明，證明B為為Si，E為為CaSiO3?！敬鸢浮俊敬鸢浮?1)Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3(2)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 2H = H2SiO3【規(guī)律方法規(guī)律方法】含硅化合物之間的含硅化合物之間的“三角轉(zhuǎn)三角轉(zhuǎn)化化”關(guān)系，是推斷含硅化合物推斷題的重要關(guān)系，是推斷含硅化合物推斷題的重要突破口，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖。突破口，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖。熱點示例思維拓展熱

20、點示例思維拓展經(jīng)典案例經(jīng)典案例晶體硅是一種重要的非金屬材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：料。制備純硅的主要步驟如下：高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅； 粗硅與干燥粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HCl=SiHCl3H2；SiHCl3(沸點：沸點：33.0 )與過量與過量H2在在10001100 反應(yīng)制得純硅。反應(yīng)制得純硅。(已知已知SiHCl3能與能與H2O劇烈反應(yīng)，在空氣中易劇烈反應(yīng)，在空氣中易自燃自燃)用用SiHCl3與過量與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝反應(yīng)制備純硅的裝置如圖所示置如圖所示(熱源及夾持裝置均已略去熱

21、源及夾持裝置均已略去)。根據(jù)以上信息，回答下列問題：根據(jù)以上信息，回答下列問題：(1)請寫出第請寫出第步制備粗硅，裝置步制備粗硅，裝置D中發(fā)生反中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，并指出三個步驟中發(fā)生的應(yīng)的化學(xué)方程式，并指出三個步驟中發(fā)生的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)的是哪幾個？反應(yīng)屬于置換反應(yīng)的是哪幾個？(2)粗硅與粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點沸點33.0 )中含有少量中含有少量SiCl4(沸點沸點57.6 )和和HCl(沸點沸點84.7 )，那么該如，那么該如何提純何提純SiHCl3?(3)裝置裝置B中的試劑是什么？其作用是什么？中的試劑是什么？其作用是什么？【答

22、案答案】(1)在高溫條件下，用在高溫條件下，用C還原還原SiO2生成生成CO和粗硅，化學(xué)方程式為和粗硅，化學(xué)方程式為2CSiO2 2COSi；據(jù)步驟；據(jù)步驟可寫出裝置可寫出裝置D中發(fā)生的反應(yīng)為中發(fā)生的反應(yīng)為SiHCl3H2 Si3HCl，所以三個步驟中發(fā)生的反應(yīng)都屬于，所以三個步驟中發(fā)生的反應(yīng)都屬于置換反應(yīng)。置換反應(yīng)。(2)分離、提純不同沸點的液體可以采用分分離、提純不同沸點的液體可以采用分餾或蒸餾。餾或蒸餾。(3)用用Zn和稀硫酸制得的和稀硫酸制得的H2中會混有少量中會混有少量H2O，而，而SiHCl3能與能與H2O劇烈反應(yīng)，所以劇烈反應(yīng)，所以要進(jìn)行干燥，根據(jù)裝置應(yīng)選擇液態(tài)干燥劑要進(jìn)行干燥，根據(jù)裝置應(yīng)選擇液態(tài)干燥劑濃硫酸。濃硫酸。