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第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料课时1单质硅与二氧化硅目标与素养：1.掌握Si、SiO2的性质。(宏观辨识)2.认识Si和SiO2在生产中的应用。(社会责任)自主预习探新知一、单质硅与半导体材料1．半导体材料特指导电能力介于体和体之间的一类材料，最早使用的半导体材料是，现在使用最广泛的半导体材料是。2．硅元素的存在在地壳里，硅的含量仅次于，全部以态存在，主要存在形式为二氧化硅和。硅酸盐导绝缘锗硅氧化合3．单质硅(1)硅的同素异形体有：和。(2)物理性质：晶体硅是色、有光泽、硬而脆的固体。(3)化学性质：加热条件下与O2反应的化学方程式为____________________。(4)制备：用焦炭还原SiO2的化学方程式为________________________。2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑晶体硅无定形硅灰黑金属Si＋O2=====△SiO2(5)用途①硅：制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等。②硅合金：a．含硅4%的钢可制造变压器铁芯。b．含硅15%左右的钢具有耐酸性，可制造耐酸设备。碳在自然界中有稳定的单质，硅却没有，能否说明硅的化学性质比碳活泼？【提示】不能。对比硅和碳的化学性质可知硅的活泼性不如碳的活泼性强。二、二氧化硅与光导纤维1．二氧化硅(SiO2)(1)存在：沙子、石英的主要成分，透明的石英晶体俗称。(2)结构：由和构成。(3)物理性质：熔点、硬度、溶于水。不水晶硅原子氧原子高大(4)化学性质(用化学方程式填空)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O微点拨：(1)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点很高。(2)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟氢氟酸反应。2．光导纤维(1)主要成分：。(2)用途：光纤通讯、能量传输、信息处理。SiO21．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)硅在自然界中以游离态和化合态形式存在。()(2)地壳中含量第一和第二的两种元素的单质在加热条件下可以反应，故该反应吸热。()(3)工业制粗硅的反应为SiO2＋C=====高温Si＋CO2。()(4)1molSiO2中含有6.02×1023个SiO2分子。()(5)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O。()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×(5)√2．下列物质属于半导体材料的是()A．金刚石B．晶体硅C．石墨D．铁丝[答案]B3．石英、光导纤维的主要成分是()A．SiB．SiCC．SiO2D．Na2SiO3[答案]C核心突破攻重难单质硅的特点1.硅化学性质不活泼，但自然界中没有游离态的硅。2．非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。3．Si的还原性强于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。4．非金属单质跟强碱溶液作用一般无H2放出，但Si能与强碱溶液反应放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。【典例1】下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是()A．氧化物都能与碱溶液反应B．单质在加热时都能与氧气反应C．碳和硅两种元素都有能导电的单质D．常温下，碳和硅的单质化学性质都不活泼A[碳的氧化物有CO和CO2，CO不能与碱溶液反应。]1．下列物质中不能与硅发生化学反应的是()A．NaOH溶液B．F2C．O2D．浓硝酸[答案]D2．工业上用焦炭与SiO2反应可制得粗硅，反应的化学方程式为____________________________________________________。要用粗硅制备纯硅原理：在高温下让粗硅与Cl2反应，其产物在高温下被氢气还原，请写出上述过程中有关反应的化学方程式_______________________________________________________，____________________________________________________。[答案]2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑Si＋2Cl2=====高温SiCl4SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HClCO2、SiO2的性质比较CO2SiO2熔沸点低高状态气态无色晶体与水反应CO2＋H2OH2CO3不反应不同点与酸反应不反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O与碱性氧化物反应CO2＋CaO===CaCO3CaO＋SiO2=====高温CaSiO3与碱反应CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O相同点氧化性CO2＋C=====高温2COSiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑【典例2】下列说法中，正确的是()A．SiO2和CO2均由分子直接构成B．CO2、SiO2都是酸性氧化物，不与任何酸反应C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D．CO2、SiO2都属于酸性氧化物，因而均可由CO2、SiO2与水反应制得相应的酸C[SiO2直接由硅原子、氧原子构成，CO2是由CO2分子构成，A错；SiO2能与氢氟酸反应，B错；CO2、SiO2与CaO反应分别生成CaCO3和CaSiO3，C对；SiO2不溶于水，不能与水反应生成H2SiO3，D错。](1)SiO2不溶于水，也不与水反应，不能直接将其与水反应来制取H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点很高。(3)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟氢氟酸反应。1．下列关于SiO2和CO2的说法中，不正确的是()A．SiO2的沸点比CO2高B．CO2与SiO2化学式虽然相似，但CO2与SiO2的物理性质有很大区别C．CO2和SiO2均能和水反应生成相应的酸D．CO2和SiO2均能与氢氧化钠溶液反应生成相应的盐和水[答案]C2．下列化学或离子方程式的书写不正确的是()A．向氢氧化钠溶液中通入过量二氧化碳：CO2＋OH－===HCO－3B．单质硅与氢氟酸反应：Si＋4HF===2H2↑＋SiF4↑C．石英砂与烧碱反应：SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2OD．向Ba(NO3)2溶液中通入二氧化碳：Ba2＋＋CO2＋H2O===BaCO3↓＋2H＋[答案]D当堂达标提素养1．假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是()A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B．自然界的含硅化合物易开采C．硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低，且容易有效控制D．自然界中存在大量单质硅D[自然界中不存在游离态硅。]2．关于硅的化学性质的叙述中，不正确的是()A．在常温下，不与任何酸反应B．在常温下，可与强碱溶液反应C．在加热条件下，能与氧气反应D．单质硅的还原性比碳的还原性强A[A项，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；B项，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；C项，Si＋O2=====△SiO2；D项，碳和硅是同一主族的元素，同一主族从上到下，还原性逐渐增强，所以单质硅的还原性比碳的强。]3．下列反应中，硅元素被氧化的反应是()A．Si＋O2=====△SiO2B．SiO2＋CaO=====高温CaSiO3C．SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑D．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OA[硅元素被氧化，化合价升高。B、D是非氧化还原反应，C中硅元素的化合价降低。]4．现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是()①SiO2→Na2SiO3②CuSO4→CuCl2③SiO2→H2SiO3④CuO→Cu(OH)2⑤Na2O2→NaOHA．①②B．③④C．②③④D．②③④⑤B[SiO2――→NaOHNa2SiO3，CuSO4――→BaCl2CuCl2，Na2O2――→H2ONaOH。]5．为除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下列提供的试剂和操作，将标号填在表内。试剂：A.盐酸B．烧碱溶液C．氧气D．水E．二氧化碳F．不用其他试剂操作：①加热燃烧②加热熔融③充分加热④过滤⑤结晶物质试剂操作(1)Na2CO3(NaHCO3)(2)SiO2(CaCO3)(3)SiO2(Si)(4)NaCl(SiO2)[解析]除杂的一般原则是：①引入试剂一般只跟杂质反应；②后续试剂能除去过量的前一试剂；③不引入新杂质；④杂质与试剂生成的物质易与被提纯物分离；⑤尽可能将杂质转化为所需物质；⑥加入试剂顺序要合理。[答案](1)F③(2)A④(3)C①(4)D④⑤