41无机非金属材料的主角硅教案解析版

1第１讲无机非金属材料的主角—硅考纲要求：1.了解硅单质及其化合物的主要性质及应用。2.了解硅单质及其化合物对环境质量的影响。[循着图示·想一想][特色特性·记一记]1．特殊的用途：Si——半导体材料、太阳能电池板SiO2——光导纤维H2SiO3——硅胶可作干燥剂Na2SiO3(水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料2．特殊的表示方法：硅酸盐可以用氧化物的形式表示如Na2SiO3→Na2O·SiO23．特殊的性质：(1)Si与NaOH溶液的反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(2)SiO2能溶于氢氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)H2CO3的酸性强于H2SiO3：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓(4)粗硅的制备：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑考点一应用广泛的非金属单质——硅[教材知识层面]1．硅元素的原子结构2硅元素位于元素周期表中第三周期ⅣA族，原子结构示意图为；在自然界中均以化合态形式存在。2．硅单质的性质(1)物理性质：硅单质为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性。(2)化学性质——还原性。①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；③与O2反应：Si＋O2△,SiO2。3．硅单质的用途半导体材料、太阳能电池、合金材料。[高考考查层面]命题点1硅单质的特性非金属的一般规律硅的特性硅还原性强于碳2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑非金属与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑非金属一般不与非氧化性酸反应Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体，常用于电子部件[典题示例]判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()(3)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。()(4)硅在自然界中只以化合态的形式存在。()(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。()3【答案】(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×命题点2硅的工业制法1．制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。2．粗硅提纯(1)Si＋2Cl2=====高温SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。(2)Si＋3HCl=============250～300℃Cu粉或Ag粉SiHCl3＋H2，SiHCl3＋H2=============1100～1200℃Si＋3HCl。3.注意问题(1)用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。[典题示例]1．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A．2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OC．Si＋2Cl2=====△SiCl4D．SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl【答案】B【解析】工业制取纯硅的工艺流程为：SiO2――→C粗硅――→Cl2SiCl4――→H2纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。2．制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：石英砂――→焦炭高温粗硅―――――→HCl573K以上SiHCl3粗――→精馏SiHCl3纯――→H21357K高纯硅4(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________。(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式为_____________________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是___________________________________________________________________________________________________。【答案】(1)SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl(2)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3【解析】(1)H2还原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒，判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1357K)，若混入O2，则H2与O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。[考点达标层面]1．硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是()A．硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B．从Si(s)＋O2(g)=====△SiO2(s)ΔH＝－858.6kJ·mol－1可知，硅燃烧放出的热量多C．自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解析：选C自然界中的硅是以化合态的形式存在，故不能从自然界中直接获得单质硅。2．在①浓硝酸②水③浓硫酸④氢氟酸⑤氢氧化钠溶液中，能与单质硅起化学反应的是()A．①②B．②④C．④⑤D．③④【答案】C【解析】Si与水、浓H2SO4、浓HNO3均不发生反应，但Si能与氢氟酸、NaOH溶液反应放出H2。考点二硅的氧化物——二氧化硅[教材知识层面]1．存在在自然界中主要存在：沙子、石英、水晶。2．物理性质：熔点高，硬度大。3．化学性质54．用途制造电子部件、光学仪器、光导纤维，生产水泥、玻璃等硅酸盐产品。[高考考查层面]命题点含硅化合物的特性物质一般规律含硅化合物的特性SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，H2CO3酸性强于H2SiO3Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓以下反应不能说明酸性的强弱Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑H2SiO3无机酸一般易溶于水硅酸难溶于水硅酸盐大多数硅酸盐难溶于水常见的可溶性硅酸盐为Na2SiO3，水溶液俗称水玻璃[典题示例]1．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O()②SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑()③SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑()6④SiO2＋3C=====高温SiC＋2CO↑()⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O()A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B．氧化性C．酸性氧化物的通性D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E．未参加氧化还原反应【答案】①C②D③B④E⑤A2．下列说法正确的是()A．在粗硅的制取中发生2C＋SiO2=====高温2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性B．盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D．由Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性强于碳酸【答案】C【解析】选项A、D的反应在高温下均生成了气体，使平衡正移，致使反应能顺利进行，但不能说明C、Si的还原性强弱，也不能说明H2SiO3与H2CO3酸性的强弱，故错误；NaOH能与玻璃成分中的SiO2反应生成Na2SiO3而使瓶塞粘在一起。由SiO2制取H2SiO3的过程为：SiO2――――→NaOH溶液Na2SiO3――――→通入CO2H2SiO3。[考点达标层面]1．下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A．都是共价化合物B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应【答案】C【解析】SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。2．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可不填写)。可供选择的试剂：A.盐酸B．氢氧化钠溶液C．氧气D．水E．二氧化碳7可选用的操作：①水洗；②加热；③高温灼烧；④过滤；⑤结晶。粉末状混合物选择的试剂选用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)SiO2(NaHCO3)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(H2SiO3)【答案】(1)B④(2)D④(3)A④(4)③【解析】(1)利用SiO2与NaOH溶液反应生成可溶性的Na2SiO3，而CaCO3与NaOH溶液不反应。(2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶，加水后过滤可除去SiO2中的NaHCO3。(3)Fe2O3能溶于盐酸而SiO2不溶，用盐酸溶解后过滤可得SiO2。(4)H2SiO3加强热能分解为SiO2。考点三无机非金属材料的主角——硅酸、硅酸盐[教材知识层面]1．硅酸(1)弱酸性：H2SiO3难溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色，能与强碱(如NaOH)反应，反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。(2)不稳定性：H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3△,SiO2＋H2O。(3)硅酸的制备及硅胶：①制备原理：可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。②硅胶：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶，常用作干燥剂和催化剂的载体。2．硅酸盐(1)硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸盐组成的表示方法：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。(3)硅酸钠：8①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。②与酸性较硅酸强的酸反应：a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。b．与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料：如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料如下表。水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑(2)新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。[高考考查层面]1．SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH