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第三单元含硅矿物与信息材料第2课时二氧化硅与信息材料[目标导学]1．了解硅、二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。2．了解二氧化硅在现代通讯、硅在半导体工业的重要应用。[背诵经典导学]1．SiO2熔点高硬度大，是一种酸性氧化物，SiO2＋CaO=====高温CaSiO3，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。SiO2可用于制造硅单质及光导纤维。2．硅晶体的熔、沸点高，硬度大，常温下比较稳定，与O2、Cl2、HNO3、H2SO4等很难发生反应，硅晶体可用作半导体材料。3．工业制备高纯硅的主要反应有SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，Si＋2Cl2=====高温SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。扬帆起航温习双基课前学习空间1．二氧化硅(1)二氧化硅是一种熔、沸点_____，硬度_____的氧化物，除可用于制作_________、_________外，还可用于制作_________。(2)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。但二氧化硅能与碱性氧化物及强碱溶液反应。反应化学方程式为：_______________________、________________________________。SiO2＋CaO=====高温CaSiO3SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O很高很大光学镜片石英坩埚光导纤维氢氟酸2．硅(1)硅晶体的熔、沸点都很___，硬度也很___。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。高大半导体材料(2)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。硅与氟气反应：________________________，硅与氢氟酸反应：________________________________，硅与氢氧化钠溶液反应：_______________________________________。但加热时，硅也能和一些非金属(如氧气、氯气等)反应。硅与氯气反应：Si＋2Cl2=====高温SiCl4。Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(3)硅的工业制法①粗制：制备原理：________________________。②精制：将粗硅(含杂质较多)与Cl2在高温下反应生成SiCl4，SiCl4经提纯后再用H2还原，即得高纯硅，有关反应化学方程式为：_________________、________________________。SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑Si＋2Cl2=====高温SiCl4SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl——小试身手1．下列说法正确的是()A．光导纤维的主要成分为二氧化硅B．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸C．SiO2的俗名叫水玻璃，不溶于水D．Si在自然界中既有游离态又有化合态解析：二氧化硅是光导纤维的主要成分，故A正确；SiO2是酸性氧化物，可溶于氢氟酸，故B错误；硅酸钠的水溶液俗名叫水玻璃，易溶于水，故C错误；Si化学性质较活泼，在自然界中以化合态存在，故D错误。故选A。答案：A2．下列说法不正确的是()A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B．二氧化硅既是酸性氧化物，又是碱性氧化物C．当加热到一定程度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应D．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解析：硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体，A正确；二氧化硅是酸性氧化物，不是碱性氧化物，B错误；当加热到一定程度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应，C正确；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，D正确。答案选B。答案：B核心要点突破定位重点深化理解知识点一二氧化硅的性质和用途1．存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，有晶体和无定形两大类，与其他矿物共同构成了岩石。(1)砂：含较多杂质的SiO2；(2)石英：含较少杂质的SiO2；(3)水晶：透明的石英晶体，含极少杂质的SiO2；(4)玛瑙：含有色杂质的石英晶体；(5)硅石：天然二氧化硅；(6)硅藻土：含有无定形二氧化硅。2．物理性质：熔、沸点很高，硬度很大的固体。3．化学性质：二氧化硅的化学性质不活泼，不与水反应，也不与酸(氢氟酸除外)反应。(1)具有酸性氧化物的性质，与强碱、碱性氧化物、盐等物质发生反应CaO＋SiO2=====高温CaSiO32NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2ONa2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑(2)与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。氢氟酸用于雕刻玻璃，就是发生此反应。(3)弱氧化性：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑【名师提示】玻璃中含有SiO2与强碱(NaOH)溶液反应，生成具有良好黏合性的硅酸盐(Na2SiO3)溶液，使瓶口和塞子粘结在一起，所以盛放碱溶液的试剂瓶常用橡胶塞，而不用磨口玻璃塞。4．用途：二氧化硅的用途很广，自然界里比较稀少的水晶可用以制造电子部件、光学仪器和工艺品；二氧化硅是制造光导纤维的重要原料；一般较纯净的石英，可用来制石英玻璃；石英砂常用作制玻璃的原料和建筑材料。知识点二硅的性质及用途1．硅的存在：在地壳里，硅的含量仅次于氧，居第二位。在自然界中没有游离态的硅，只有化合态的硅。化合态的硅广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里，是构成矿物和岩石的主要成分。2．物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，它的结构类似金刚石，熔、沸点很高，是良好的半导体材料。3．化学性质(1)常温下，硅的化学性质稳定，但可发生下列反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2F2===SiF4Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(还原剂：Si，氧化剂：H2O)(2)在高温或加热条件下，能与某些非金属单质反应：Si＋O2=====△SiO2Si＋2Cl2=====△SiCl4Si＋2H2=====高温SiH4(SiH4很不稳定，在空气中自燃)4．高纯硅的工业制备工业上，硅是在电炉里用碳还原二氧化硅而制得的：SiO2＋2C=====高温Si(粗硅)＋2CO↑粗硅提纯后，可制得作为半导体材料的高纯硅，提纯过程：Si＋2Cl2=====高温SiCl4SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl5．硅的用途硅是一种重要的非金属单质，它的用途非常广泛。作为良好的半导体材料，硅可用来制造集成电路，晶体管，硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池。——对点训练【例1】下列各组物质间，不能发生反应的是()A．二氧化硅与氧化钙(高温)B．二氧化硅与氢氧化钠(常温)C．二氧化硅与碳(高温)D．二氧化硅与浓HNO3(常温)【解析】二氧化硅与生石灰(高温)生成硅酸钙，故A不选；二氧化硅是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水，故B不选；二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，故C不选；二氧化硅是酸性氧化物，与酸不反应，所以不与硝酸反应，故选D。【答案】D【例2】下列说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，不能和任何酸反应B．光导纤维的主要成分是晶体硅C．硅石、石英、水晶、玛瑙中都含有二氧化硅D．明矾净水是因为其具有杀菌消毒的性质【解析】二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，二氧化硅能够与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，故A错误；光导纤维的主要成分是晶体二氧化硅，故B错误；硅石、石英、水晶、玛瑙中均含有二氧化硅，故C正确；明矾净水是因为Al3＋水解生成Al(OH)3胶体，胶体有吸附性能，可净水，但其没有强氧化性，不能杀菌消毒，故D错误。答案为C。【答案】C【例3】下列关于硅的说法不正确的是()A．硅是非金属元素，它的单质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H2、O2等非金属反应【解析】硅是非金属元素，它的晶体熔、沸点很高、硬度很大，是灰黑色有金属光泽的固体，A项正确；硅是一种很好的半导体，B项正确；常温下硅可以与氢氟酸、强碱溶液反应，加热或高温条件下，硅能与氧气、氯气等发生反应，C项错，D项正确。【答案】C【例4】下列属于硅的用途的是()A．光导纤维B．制水泥C．青花瓷D．太阳能电池【解析】二氧化硅用于光导纤维，A错误；黏土和石灰石为主要原料制备水泥，B错误；黏土用来制备陶瓷制品，C错误；硅是半导体可以导电，可用于太阳能电池，D正确。答案选D。【答案】D随堂基础演练现学现用小试身手1．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列关于硅及其化合物的说法正确的是()A．SiO2是一种酸性氧化物，所以不和任何酸反应B．高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应C．光导纤维的主要成分是SiO2D．自然界中硅元素的储量丰富，主要以硅单质的形式存在解析：SiO2是一种酸性氧化物，一般不与酸反应，但能与HF反应，故A错误；试管自身含有二氧化硅，高温条件下可以和焦炭反应，故B错误；SiO2是光导纤维的主要成分，故C正确；硅在自然界中以化合态存在，自然界中无游离态的硅，故D错误。故选C。答案：C2．赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的，这种物质是()A．盐酸B．氢氟酸C．烧碱D．纯碱解析：盐酸和二氧化硅不反应，不能用于在玻璃上进行刻蚀，故A错误；氢氟酸与二氧化硅易反应，生产四氟化硅气体，能在玻璃上进行刻蚀，故B正确；二氧化硅与烧碱反应，但反应缓慢，生成的硅酸钠和二氧化硅难以分离，不能用于在玻璃上进行刻蚀，故C错误；纯碱与二氧化硅在高温下反应，不能用于在玻璃上进行刻蚀，故D错误。故选B。答案：B3．下列物质的用途错误的是()A．硅是制造太阳能电池的常用材料B．二氧化硅是制造光导纤维的材料C．水玻璃可用作木材防火剂D．硅是制取水泥的原料解析：硅是半导体材料，常用于制造太阳能电池，故A正确；光导纤维是二氧化硅，故B正确；硅酸钠的水溶液可用作木材防火剂，故C正确；硅酸盐是制取水泥的原料，故D错误。答案为D。答案：D4．下列叙述正确的是()①氧化铝是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚②氧化铁常用作红色油漆和涂料③硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料④以纯碱、石灰石、石英为原料可制普通玻璃⑤石灰石、高岭石、石英和水晶的主要成分都是SiO2A．①③④⑤B．②③④⑤C．①②④⑤D．①②③④解析：①氧化铝熔点高，可以作耐火材料，用来制造耐火材料，故正确；②氧化铁红棕色可以作红色油漆和涂料，故正确；③硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料，故正确；④制造玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，故正确；⑤石灰石是碳酸钙，高岭石成分是硅酸盐，石英和水晶是SiO2，故错误。综上所述，选项D正确。答案：D5．下列各反应中SiO2表现的是什么性质或作用？在以下各项中选出正确答案序号填在题后的横线上。①酸性氧化物②弱氧化性③复分解反应，制挥发性物质④作为玻璃的成分与氢氟酸反应来雕刻玻璃(1)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O________________。(2)SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑____________。(3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O__________________。(4)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑________________。解析：分析SiO2的性质，然后作答。答案：(1)④(2)③(3)①(4)②