第四章第一节无机非金属材料的主角硅.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/2/1,#,【,考纲下载,】,1,了解常见非金属元素,C,、,Si,的单质及其重要化合物的,主要性质及应用,2,了解常见非金属元素,C,、,Si,的单质及其化合物对环境,质量的影响,【,考情上线,】,1,以新材料、新技术为背景考查,C,、,Si,及其重要化合,物的性质及应用,2,以实验探究、框图推断题考查,C,、,Si,元素单质及其化,合物知识的综合应用,3,以硅的制取及提纯考查氧化还原反应及计算能力,一、碳和硅,碳,硅,在自然界,中的存在,既有,，也有,，是组成有机物的基本元素,只有,，是构成矿物和岩石的主要元素,与,O,2,反应,能反应，且产物,CO,、,CO,2,常温下为气体,能反应，产物,SiO,2,常温下为固体,与强碱溶,液作用,离子方程式为：,游离态,化合态,化合态,Si,2OH,H,2,O,=,SiO,2H,2,碳,硅,与水蒸,气作用,与,F,2,、,HF,反应,用途,用于切割刀具，,用作电极、铅笔芯,材料和合金材料,CO,H,2,SiF,4,2H,2,金刚石,石墨,半导体,C,H,2,O(g),Si,4HF,=,Si,F,2,=,SiF,4,二、碳、硅的氧化物,1,一氧化碳,(1),物理性质：,色气体，,毒，,溶于水,(2),化学性质：,燃烧：,.,还原,CuO,：,.,2CO,O,2,2CO,2,无,有,不,CO,CuO Cu,CO,2,2,CO,2,和,SiO,2,物质,二氧化硅,二氧化碳,化学式,SiO,2,CO,2,主要物理性质,硬度,，熔、沸点,，常温下为,体，不溶于水,熔、沸点,，常温下为气体，微溶于水,化学性质,与水反应,不反应,与酸反应,只与,HF,反应：,不反应,CO,2,H,2,O,H,2,CO,3,大,高,固,低,SiF,4,2H,2,O,SiO,2,4HF,=,物质,二氧化硅,二氧化碳,化学性质,与碱,(NaOH),反应,(,盛碱,液的试剂瓶用,),与盐反应,如与,Na,2,CO,3,反应：,如与,Ca(ClO),2,反应：,SiO,2,2NaOH,=,Na,2,SiO,3,H,2,O,CO,2,2NaOH,=,Na,2,CO,3,H,2,O,或,CO,2,NaOH,=,NaHCO,3,橡胶塞,SiO,2,Na,2,CO,3,Na,2,SiO,3,CO,2,Ca(ClO),2,CO,2,H,2,O,=,CaCO,3,2HClO,物质,二氧化硅,二氧化碳,化学性质,与碱,性氧化,物反应,如与,CaO,反应：,如与,Na,2,O,反应：,用途,光导纤维、光学仪器、电子部件,制饮料、制碳酸盐,SiO,2,CaO CaSiO,3,CO,2,Na,2,O,Na,2,CO,3,【,注意,】,SiO,2,既能与酸反应，又能与碱反应，但它不是两性氧化物，而实际上,SiO,2,是一种酸性氧化物,三、硅酸,(H,2,SiO,3,),1,物理性质,溶解性：,；色态：,2,化学性质,(1),弱酸性：酸性比碳酸,与,NaOH,溶液反应的化学,方程式为,.,(2),不稳定性：受热易失水，化学方程式为,.,难溶,白色固体,弱,H,2,SiO,3,2NaOH,=,Na,2,SiO,3,2H,2,O,H,2,SiO,3,SiO,2,H,2,O,3,制取,实验操作,实验现象,结论,滴加酚酞溶液后溶液呈,色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有,生成,Na,2,SiO,3,溶液呈,性；反应方程式：,红,白色沉淀,碱,Na,2,SiO,3,2HCl,=,2NaCl,H,2,SiO,3,4,用途,“,硅胶,”,可作,、,的载体,干燥剂,催化剂,四、硅酸盐,1,概念,由,元素组成的化合物的总称，是构成地,壳岩石的主要成分,2,硅酸钠,(Na,2,SiO,3,),Na,2,SiO,3,的水溶液俗称,，是无色黏稠液体，是,制备硅胶和木材防火剂的原料,硅、氧和金属,水玻璃,3,组成的表示,通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，如：,硅酸钠,(Na,2,SiO,3,),；,普通玻璃,(Na,2,CaSi,6,O,14,),.,Na,2,OSiO,2,Na,2,OCaO6SiO,2,4,硅酸盐的用途,(1),土壤保肥,土壤胶体一般带,，能吸附,、,.,(2)硅酸盐产品,陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料,硅酸盐制品性质稳定，耐压强度高，硬度大、熔点较高，,大都难溶于水,负电,K,2,普通玻璃,主要原料为,、,和,3,水泥,主要原料为,和,五、无机非金属材料,常见的硅酸盐产品,陶瓷、玻璃、水泥，它们是使用量最大的无机非金属材料,1,陶瓷,主要原料为,黏土,纯碱,石灰石,石英,黏土,石灰石,1,(2008,山东高考,T,10,C,)C,60,是英国和美国化学家共同,发现的，体现了国际科技合作的重要性,(,),2,(2010,南京模拟,T,4,B,),石墨炸弹能造成输电线、电厂,设备损坏，这是由于石墨有放射性,(,),3,(2009,合肥模拟,T,6,D,),光导纤维是以二氧化硅为主要,原料制成的,(,),4,(2010,佛山质检,T,6,D,),盛放烧碱的试剂瓶不能用玻璃,塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使玻,璃塞与瓶口粘在一起,(,),5,(2010,泰安模拟,T,5,A,),传统无机非金属材料和新型无,机非金属材料的主要成分都是硅酸盐,(,),提示：,1.,2.,3.,4.,5.,1.,一般情况下，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，,但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬,度最大的物质,2,一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半,导体，石墨为电的良导体,3,一般情况下，较强氧化剂较强还原剂,=,较弱氧,化剂较弱还原剂而碳却还原出比它更强的还原,剂：,SiO,2,2C Si,2CO,，,2FeO,C 2Fe,CO,2,.,4,硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：,Si,2NaOH,H,2,O,=,Na,2,SiO,3,2H,2,.,5,一般情况下，碱性氧化物酸,=,盐水，,SiO,2,是酸,性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：,SiO,2,4HF,=,SiF,4,2H,2,O.,6,一般情况下，只有非常活泼的金属,(Na,、,K,等,),才能够置,换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：,C,H,2,O(g)CO,H,2,.,7,一般情况下，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，,如,CO,2,H,2,OH,2,CO,3,，但,SiO,2,不溶于水，不与水反应,8,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,，,CaCO,3,SiO,2,CaSiO,3,CO,2,，一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，,可发生反应,Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O,=,H,2,SiO,3,Na,2,CO,3,，,即符合,“,较强酸制较弱酸,”,的,复分解反应规律而上述,反应之所以能进行，是因为该反应不是在水溶液中，而是,在高温条件下发生的，从化学平衡角度理解，高温时，,SiO,2,这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的,CO,2,气体，因,CO,2,生成后离开反应体系而使反应进行到底,9,硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是,Na,2,SiO,3,，,其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，可用作黏胶剂和木,材防火剂，久置在空气中容易变质：,Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O,=,Na,2,CO,3,H,2,SiO,3,.,下列关于硅的说法中，不正确的是,(,),A,硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体,B,硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导,体材料,C,硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应,D,加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应,.,听课记录,晶体硅虽然外形像金属,(,有金属光泽,),，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料硅的化学性质不活泼,(,尤其是在常温下,),，但常温下仍能与氟气、氟化氢和,NaOH,溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应,答案,C,1.,硅的制取反应,(1),粗硅的制取：,SiO,2,2C Si,2CO,.,(2),粗硅制纯硅：,Si(,粗,),2Cl,2,SiCl,4,，,SiCl,4,2H,2,Si(,纯,),4HCl.,2,硅酸盐工业,硅,酸,盐,工,业,玻璃,水泥,主要原料：纯碱、石灰石、石英,主要,反应,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,CaCO,3,SiO,2,CaSiO,3,CO,2,主要原料：黏土、石灰石,产品成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙,陶瓷：主要原料为黏土,产品成分：,Na,2,SiO,3,、,CaSiO,3,、,SiO,2,3,新型无机非金属材料的种类和用途,材料类别,主要特性,示例,用途,高温结,构陶瓷,能承受高温，强度高,氮化硅陶瓷,汽轮机叶片、轴承、永久性模具等,半导体,陶瓷,具有电学特性,氧化锡陶瓷,集成电路中的半导体,光学材料,具有光学特性,光导纤维,光缆通讯、医疗、照明等,生物陶瓷,具有生物功能,氧化铝陶瓷,人造骨、人造关节、接骨螺钉,氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与氮气在,1300,反应制得,(1),根据性质推测氮化硅陶瓷的用途是,_,(,选填代号,),A,制汽轮机叶片,B,制有色玻璃,C,制永久性模具,D,制造柴油机,(2),画出,N,的原子结构示意图：,_,，试判断氮元素的最低负价为,_,，请从原子结构和化合价两个角度分析推断氮化硅的化学式：,_.,(3),氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，不与其他无机酸反应请写出陶瓷与氢氟酸发生复分解反应的化学方程式：,_.,(4),用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热使四氯化硅和氮气发生反应，可得较高纯度的氮化硅，则反应的化学方程式为,_,解析,(1),性质决定用途，结合氮化硅的性质硬度大、熔点高，是一种重要的结构材料，可推测它的用途，结合选项，应选,A,、,C,、,D.(2),从原子稳定结构考虑和正负化合价代数和等于零的规则考虑，因,N,显,3,价，,Si,显,4,价，由此可写出氮化硅的化学式为,Si,3,N,4,.(3),题目已告诉我们氮化硅与氢氟酸的反应属于复分解反应，照着葫芦画个瓢就是了,(4),注意理清该反应中的反应物和条件，另外正确地推测出除氮化硅外的,另一种产物，完整地写出方程式,答案,(1)ACD,(3)Si,3,N,4,12HF,=,3SiF,4,4NH,3,(4),中学阶段常见的非金属置换非金属的反应有哪些？,提示：,Si,4HF,=,SiF,4,2H,2,2F,2,2H,2,O,=,4HF,O,2,Cl,2,2NaBr,=,2NaCl,Br,2,Br,2,2KI,=,2KBr,I,2,1,下列材料的特性及用途说法错误的是,(,),A,氧化铝陶瓷具有两性，不可用来制造人造牙齿,B,氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机,C,光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料,D,压电陶瓷十分敏感，可以将极其微弱的机械振动转,换成电信号，可用来制压电地震仪,答案：,A,1.,与碱的反应,(1),反应原理,(2),反应后溶质成分的判断,溶质成分,x,1,1,NaHCO,3,1,1,x,2,1,Na,2,CO,3,、,NaHCO,3,x,2,1,Na,2,CO,3,x,2,1,NaOH,、,Na,2,CO,3,也可用数轴来表示：,2,与盐溶液的反应,(1)CO,2,Na,2,CO,3,H,2,O,=,2NaHCO,3,(2)CO,2,(,少量,),Ca(ClO),2,H,2,O,=,CaCO,3,2HClO,(3)CO,2,Na,2,SiO,3,H,2,O,=,H,2,SiO,3,Na,2,CO,3,3,的检验,(1),的检验,原理：,Ca,2,=,CaCO,3,等,方法：向待检验溶液中滴加一定量的,Ca,2,或,Ba,2,的可溶性,盐溶液，有白色沉淀生成，再加入,适量的酸，白色沉淀溶解,且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有,.,原理：,H,=,CO,2,H,2,O.,检验方法：向待检验溶液中滴加足量的,Ca,2,或,Ba,2,的,可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的,酸若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中,有,.,(2),的检验,不能用,Ca(OH),2,溶液和,Ba(OH),2,溶液检验，原因是,OH,将,转化为 ；加酸后可根据气体是否有气味排除,的干扰,(2009,张家界联考,),往含,0.2 mol KOH,和,0.1 mol Ca(OH),2,的溶液中持续地通入,CO,2,气体，当通入气体的体积为,6.72 L(,标准状况,),时立即停止，则在这一过程中，溶液中离子的物质的量,n,和通入,CO,2,的体积,V,的关系示意图正确的是,(,气体的溶解忽略不计,)(,),解析,将,CO,2,通入混合液中发生反应的离子方程式为：,2OH,CO,2,Ca,2,=,CaCO,3,H,2,O ,溶液中,Ca,2,的物质的量为,0.1 mol,，,Ca,2,完全沉淀发生反应,需消耗,0.2 mol OH,，共消耗离子的物质的量为,0.3 mol,，此时消耗,CO,2,的体积为,2.24 L,，溶液中剩余的,0.2 mol OH,继续发生反应,，当通入,4.48 L CO,2,时，消耗,0.2 mol OH,，生成,0.1 mol,，溶液中离子的物质的量减少,0.1 mol,，再继续通入,CO,2,，发生反应,，溶液中离子的物质的量增加，当通入,6.72 L CO,2,时溶液中离子的物质的量增加,0.1 mol.,答案,D,2,将过量的,CO,2,分别通入,CaCl,2,溶液；,Na,2,SiO,3,溶液；,Ca(OH),2,溶液；,饱和,Na,2,CO,3,溶液最终溶液中有白,色沉淀析出的是,(,),A,B,C,D,解析：,CO,2,溶于水：,CO,2,H,2,O,=,H,2,CO,3,，,H,2,CO,3,的酸性比盐酸弱，而比硅酸强根据酸与盐反应的规律，,CO,2,通入,CaCl,2,溶液无明显现象,(,一般弱酸不能制强酸,),；过量的,CO,2,通入,Na,2,SiO,3,溶液中有白色沉淀,H,2,SiO,3,生成；,CO,2,通入,Ca(OH),2,溶液至过量：,Ca(OH),2,CO,2,=,CaCO,3,H,2,O,，,CaCO,3,H,2,O,CO,2,=,Ca(HCO,3,),2,，最终生成,Ca(HCO,3,),2,而无沉淀产生；过量,CO,2,通入饱和,Na,2,CO,3,溶液中：,Na,2,CO,3,H,2,O,CO,2,=,2NaHCO,3,，生成的,NaHCO,3,的溶解度比,Na,2,CO,3,的溶解度小，从而有结晶析出,答案：,B,硅的制备与提纯,近年来高考以硅的制备与提纯为背景考查实验装置的选择，操作步骤及方法，综合考查学生的理解能力与实验操作能力,晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：,高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅,粗硅与干燥的,HCl,气体反应制得,SiHCl,3,：,SiHCl,3,与过量,H,2,在,1 000,1 100,反应制得纯硅,已知,SiHCl,3,能与,H,2,O,剧烈反应，在空气中易自燃,请回答下列问题：,(1),第,步制备粗硅的化学反应方程式为,_,(2),粗硅与,HCl,反应完全后，经冷凝得到的,SiHCl,3,(,沸点,33.0),中含有少量,SiCl,4,(,沸点,57.6),和,HCl(,沸点,84.7),，提纯,SiHCl,3,采用的方法为,_,(3),用,SiHCl,3,与过量,H,2,反应制备纯硅的装置如下图所示,(,热源及夹持装置略去,),：,装置,B,中的试剂是,.,装置,C,中的烧瓶需要加热，其目的是,.,反应一段时间后，装置,D,中观察到的现象,是,；装置,D,不能采用普,通玻璃管的原因是,，,装置,D,中发生反应的化学方程式为,.,为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及,.,为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是,.(,填写字母代号,),a,碘水,b,氯水,c,NaOH,溶液,d,KSCN,溶液,e,Na,2,SO,3,溶液,【,解析,】,分离沸点不同的液体的方法就是分馏；根据题干,“,SiHCl,3,能与,H,2,O,强烈反应，在空气中易自燃”可知道,H,2,的作用之一就是排尽装置内的空气，防止,SiHCl,3,自燃，因此,H,2,必须是干燥的可知,B,的作用就是干燥,H,2,，所以选用浓,H,2,SO,4,.,由于通入,D,中应是稳定的,SiHCl,3,与过量,H,2,的气流，所以,C,装置要加热，并且是水浴加热由于,D,装置应加热到,1 000,1 100,，所以必须用石英管鉴定是否含铁单质，用稀,HCl,溶解后生成,Fe,2,，如果选用,NaOH,会将生成的,Si,也溶解，所以考虑先转化为,Fe,3,后再检验，故选,b,、,d.,【,答案,】,(1),(2),分馏,(,或蒸馏),(3),浓硫酸使滴入烧瓶中的,SiHCl,3,汽化,有固体物质生成在此反应温度下，普通玻璃会软化,排尽装置中的空气,b,、,d,随堂巩固,1,(2009,广东理基,),下列关于硅单质及其化合物的说法正,确的是,(,),硅是构成一些岩石和矿物的基本元素,水泥、玻璃、,水晶饰物都是硅酸盐制品,高纯度的硅单质广泛用于,制作光导纤维,陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料,A,B,C,D,解析：,水晶、光导纤维均是,SiO,2,，并不是硅酸盐或硅单质,答案：,C,2,下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是,(,),A,4,价氧化物都与氢氧化钠溶液反应,B,单质在加热时都能与氧气反应,C,氧化物都能溶于水生成相应的酸,D,碳和硅两种元素都有能导电的单质,.,解析：,A,项,CO,2,、,SiO,2,都能与,NaOH,溶液反应；,B,项,C,、,Si,加热时都能与,O,2,反应生成氧化物；,C,项,SiO,2,不溶于水，不能生成硅酸；,D,项，石墨是导体，晶体硅是半导体，都能导电,答案：,C,3,(2009,重庆高考,),材料与化学密切相关，表中对应关系错,误的是,(,),材料,主要化学成分,A.,刚玉、金刚石,三氧化二铝,B.,大理石、石灰石,碳酸钙,C.,普通水泥、普通玻璃,硅酸盐,D.,沙子、石英,二氧化硅,解析：,A,项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳,答案：,A4,下列说法正确的是,(,),A,硅材料广泛应用于光纤通讯,B,工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品,C,水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品,D,粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应,解析：,B,项为氢氟酸，,C,项水晶项链为,SiO,2,，,D,项涉及氧化还原反应,答案：,A,5,岩石风化后，地下水溶解其中可溶部分形成了矿泉,水风化作用是指矿物与水和,CO,2,同时作用的过程例如，,长石,(KAlSi,3,O,8,),风化生成高岭土,Al,2,Si,2,O,5,(OH),4,，此反应的,离子方程式为：,2KAlSi,3,O,8,2H,2,CO,3,5H,2,O,=,2K,4H,2,SiO,3,Al,2,Si,2,O,5,(OH),4,.,(1),将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：,KAlSi,3,O,8,_.,Al,2,Si,2,O,5,(OH),4,_.,(2),这个反应能够发生的原因是,_.,解析：,(1),将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物的形式时，只需将除,O,以外所有的元素写成其氧化物形式，,中间用,“”,间隔,，注意组成要与原硅酸盐一致,(2),风化是复杂的化学反应，但我们可以试图用简单的化学原理去理解它，抓住了由强酸可以制得弱酸这一规律，问题就会迎刃而解,答案：,(1)K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,(2),因为碳酸酸性比硅酸强，由强酸可制得弱酸,6,硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有,很多相似的地方如它们的最高价氧化物都是酸性氧化,物，都能与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧化物,(,如,CaO),反应生成盐等；它们的氢化物都能燃烧生成对应的,氧化物和水把河沙,(,主要成分是,SiO,2,),跟镁粉按一定质量,比,(,稍大于,1524),混合均匀，装入试管中加热大约,1,分钟,后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化,物待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，,立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空,气中自燃的气态氢化物,(1),写出河沙与镁粉在加热条件下的化学方程式：,该反应是,_,反应,(,填,“,放热,”,或,“,吸热,”,),(2),生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是,(,填化学式,),_,(3),写出产生,“,爆炸声,”,的化学方程式：,_,_,_.,解析：,m,(SiO,2,),m,(Mg),1524,，则,n,(SiO,2,),n,(Mg),14.SiO,2,与,Mg,反应生成的硅化物必定是,Mg,2,Si,，则还要生成,MgO.SiO,2,与,Mg,的混合物仅被加热,1,分钟后就剧烈反应，这说明反应放热,MgO,与,Mg,2,Si,的混合物中加入稀硫酸后生成的气态氢化物应是,SiH,4,，,SiH,4,在空气中自燃的产物是,SiO,2,和,H,2,O.,答案：,(1)SiO,2,4Mg Mg,2,Si,2MgO,放热,(2)SiH,4,(3)SiH,4,2O,2,=,SiO,2,2H,2,O,