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第三单元含硅矿物与信息材料第二课时二氧化硅与信息材料1．了解二氧化硅、硅的主要性质。2．了解二氧化硅、硅的重要用途，体会化学知识的创造性和实用性。一、二氧化硅1．物理性质和用途二氧化硅是一种熔沸点，硬度的氧化物，除可用于制作外，还可用于制造。2．化学性质二氧化硅的化学性质不活泼，不与水、酸(除外)发生反应，能耐高温、耐腐蚀。很高光学镜片石英坩埚光导纤维氢氟酸很大(1)酸性氧化物的通性SiO2是酸性氧化物，能与和反应。①与碱反应在常温下，SiO2与强碱溶液反应，生成。例如，SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式：。②与碱性氧化物反应在高温下，SiO2能与碱性氧化物反应生成盐。如SiO2与CaO反应的化学方程式：。(2)在高温下，SiO2还能与Na2CO3、CaCO3等反应。化学方程式分别为：；。碱性氧化物强碱硅酸钠SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaOCaSiO3SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑高温高温高温(3)弱氧化性在高温下，SiO2还能被焦炭还原，反应的化学方程式：。(4)与氢氟酸反应反应的化学方程式：。SiO2＋2CSi＋2CO↑SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O高温保存NaOH溶液时能使用玻璃塞吗？为什么？【提示】不能。因NaOH会与玻璃塞磨口处的SiO2反应，生成的Na2SiO3溶液会使瓶塞与瓶壁粘连在一起。二、硅单质1．物理性质和用途硅晶体的熔、沸点都，硬度。其导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的，广泛应用于电子工业的各个领域。很高很大半导体材料2．化学性质(1)在常温下，单质硅的化学性质比较稳定，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质反应。①与氟气反应：。②与氢氟酸的反应：。③与氢氧化钠溶液反应：。(2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也能与碳反应。①与O2反应：；②与Cl2反应：；③与C反应：。Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑Si＋O2SiO2Si＋2Cl2SiCl4Si＋CSiC高温3．制备硅单质是由其制得的，主要分为两个阶段：(1)粗硅的制取：化学方程式为：。(2)粗硅转变为纯硅①粗硅与Cl2反应：；②用H2还原SiCl4得到纯硅：。氧化物SiO2＋2CSi＋2COSi＋2Cl2SiCl42H2＋SiCl4Si＋4HF高温一、二氧化硅二氧化硅的结构怎样？[师生互动]【提示】二氧化硅的结构：在SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子相连(见右图)，形成四面体结构，Si原子位于四面体的中心，O原子位于四面体的4个顶点。同时，每个O原子与2个Si原子相连，每个O原子为两个四面体所共有，每个四面体都占有1个Si原子、4×=2个O原子，所以，SiO2晶体是Si原子和O原子按1∶2的比例构成的立体网状结构的晶体，不存在单个的SiO2分子。21实验室使用的石英坩埚或瓷坩埚能否用来加热碱性物质？为什么？[学生交流]【提示】不能。石英坩埚和瓷坩埚的成分含SiO2，能与碱性物质反应，因此不能用来加热碱性物质。氢氟酸为什么可以用来雕刻玻璃，制造艺术品？[学生交流]【提示】因玻璃成分中含SiO2，氢氟酸与SiO2反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋H2O。二氧化硅中硅元素的化合价为＋4价，这是硅元素的最高正化合价，因此具有一定的氧化性。试分析下列反应中各物质的氧化性和还原性。SiO2＋2CSi＋2CO↑[师生互动]【提示】在反应SiO2＋2CSi＋2CO↑中，SiO2是氧化剂，表现氧化性，C为还原剂，表现还原性，根据氧化性、还原性强弱判断方法知还原性：C＞Si。而事实上硅的还原性比碳强，这是因为在高温条件下反应生成了气态的CO，促进了反应的进行，所以高温下硅单质可以用碳来制取。高温高温下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的【解析】虽然SiO2是H2SiO3的酸酐，但CO2可溶于水生成H2CO3，但SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，B错误；SiO2与CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。【答案】A1.下列关于二氧化硅的说法中正确的是()A．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成B．在二氧化硅晶体中，每个硅原子周围结合4个氧原子C．二氧化硅可用来制作干燥剂D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸【解析】SiO2晶体中不存在单个分子，其结构中每个硅原子周围结合4个氧原子，每个氧原子周围结合2个硅原子，所以硅原子与氧原子的个数比为1∶2，化学式写作SiO2，故A错误，B正确；硅酸在一定条件下制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，C项错。SiO2是酸性氧化物，但常温下可与氢氟酸反应，D错误。【答案】B二、单质硅及其制备在常温下，硅的化学性质不活泼，加热时可以与一些非金属及其他物质反应。下列物质在一定条件下能与硅单质反应的有________________。①F2②HF③NaOH④O2⑤Cl2⑥C⑦CO⑧CaO[师生互动]【提示】①②③④⑤⑥截止到目前为止，你知道能与NaOH溶液反应的单质是什么吗？写出反应的化学方程式。[学生交流]【提示】金属Al和非金属Si。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。如何利用硅的氧化物制备晶体硅？简要书写流程及化学方程式。[学生交流]【提示】分为两个阶段：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：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃下反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第①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SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为____。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置略去)：①装置B中的试剂是____________________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________________。②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________________________________。③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________________________________________________________________________。④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(填写字母代号)是________。a．碘水b．氯水c．NaOH溶液d．KSCN溶液e．Na2SO3溶液【解析】由于SiHCl3极易自燃、极易和水反应，因此用一般的化学方法难以提纯，又由于SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。由(3)中实验装置图可以看出A为制取氢气的装置，B为干燥氢气的装置。由SiHCl3的沸点可知其在常温下为液态，对C装置加热可以使其汽化，以保证它和氢气充分接触并进入D中，在较高温度下反应得到单质硅。由于是对微量铁单质的检验，三价铁离子遇KSCN溶液变色最为灵敏，所以应把铁转变为三价铁离子。【答案】(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓H2SO4使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3＋H2Si＋3HCl③排尽装置中的空气和水蒸气④bd高温2.(2009年南通调研考试)从石英砂制取硅并获得高纯硅的主要化学反应如下：①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑②Si(粗)＋2Cl2SiCl4③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl关于上述反应的分析不正确的是()A．①③是置换反应，②是化合反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．①②③任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅高温高温加热【解析】选项A，根据置换反应和化合反应的概念即可判断；选项B，根据反应①可知焦炭的还原性大于硅，根据反应③可知氢气的还原性大于硅；选项C，在三个反应中，硅元素的化合价从0价变为＋4价或从＋4价变为0价，故每消耗或生成28g硅，转移电子均为4mol；选项D，将反应中得到的易挥发的SiCl4分离出来后，再用氢气还原才可以得到高纯硅，故原操作不正确。【答案】DSiO2与CO2的比较名称二氧化硅二氧化碳化学式SiO2CO2存在存在于岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土中都含SiO2空气物理性质色态无色晶体无色气体熔沸点很高很低硬度大小水溶性不溶于水微溶于水化学性质与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与NaOH溶液反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3与CaO反应SiO2＋CaOCaSiO3CO2＋CaO===CaCO3与某些盐反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应氧化性SiO2＋2CSi＋2CO↑CO2＋C2CO对应酸的强弱H2SiO3酸性比H2CO3还弱高温高温高温高温高温虽然SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。A．Al、Cu、Mg、Si、MnB．Al、Mg、Si、ZnC．Al、Fe、C、CuD．Al、Si、Zn、Na【解析】硬铝外观为古铜色，所以其成分中含有铜；根据图示，硬铝样品用盐酸处理后，再用NaOH溶液处理，仍然有气体产生，故应该含硅。B、C、D项均不符合条件。【答案】A现代建筑的门框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如图实验(每一步所加试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成为()1．素有“水晶之乡”美称的江苏东海县盛产水晶，现存于国家地质博物馆的水晶大王就出自东海县。水晶是较纯净的透明的石英晶体，石英的主要成分是SiO2。下列有关石英的叙述正确的是()A．石英都是无色透明的晶体，可以作装饰品，也可以制作光学仪器B．石英可以用来生产玻璃C．石英晶体可以制取金刚砂D．石英不可以用来制取高纯硅，可以制光导纤维【解析】纯净的SiO2晶体水晶是无色的，而其他的石英晶体具有不同的颜色，如玛瑙。生产玻璃的原料是石英、纯碱与石灰石。金刚砂是SiC，可以用SiO2与过量C反应制得。石英是光导纤维的材料，可以通过石英与碳得到单质Si，然后再与Cl2反应生成SiCl4，SiCl4与H2反应得到纯净的Si。【答案】BC2．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示，A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。3．请填空：(1)形成单质A的原子的结构示意图为__________，它的最高化合价为________。(2)B的化学式(分子式)为________，B的晶体类型为____