2018 2019人教版必修1第4章第1节无机非金属材料的主角硅第2课时课件44张

1、第四章第四章 非金属及其化合物 第一节 无机非金属材料的主角 硅 第2课时 硅酸盐和硅单质 要点整合夯基础 课堂对点达标练 课堂探究破重难 课时作业 一、硅酸盐一、硅酸盐 1概念：硅酸盐是由概念：硅酸盐是由 硅、氧和金属硅、氧和金属 组成的化合物组成的化合物的总称。的总称。 2硅酸盐的性质：硅酸盐的性质： 硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多 不溶不溶 于水，于水，化学性质很化学性质很 稳定稳定 。 3硅酸盐组成的表示：硅酸盐组成的表示： 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。 例如：例如：Na2Si

2、O3： Na 2 O SiO 2 ； 3长石：长石：KAlSi3O8： K 2O Al 2 O 6SiO 2 。 4最常见的硅酸盐最常见的硅酸盐Na2SiO3。 Na2SiO3的水溶液俗称的水溶液俗称 水玻璃水玻璃 ，能制备，能制备 硅胶硅胶 和和 木材防火剂木材防火剂 。 5三种常见的硅酸盐产品。三种常见的硅酸盐产品。 6.其他含硅的物质。其他含硅的物质。 二、硅单质二、硅单质 1物理性质物理性质 晶体硅是有金属光泽的晶体硅是有金属光泽的 灰黑灰黑 色固体，熔点色固体，熔点 高高 、硬度、硬度 大大 、有脆性。晶体硅的导电性介于、有脆性。晶体硅的导电性介于 导体导体 和和 绝缘体绝缘体 之间

3、，是良好的之间，是良好的 半导体半导体 材料。材料。 2化学性质化学性质 (1)稳定性：常温下硅的化学性质不活泼，只能与稳定性：常温下硅的化学性质不活泼，只能与 氟气氟气 (F 2) 、氢氟酸、氢氟酸 (HF) 和和 强碱溶液强碱溶液 反应。化学方反应。化学方Si2=SiF程式分别为：程式分别为： 2F 4 ， Si 4HF=SiF 4 2H 2 ， Si 2NaOH H 2 O=Na 2 SiO 3 2H 2 。 (2)还原性：在加热条件下，硅能与一些非金属单质发生反还原性：在加热条件下，硅能与一些非金属单质发生反应：应： 高温高温SiCl4 ， Si2Cl2= SiO2 ， SiO2= 高

4、温高温SiC 。 SiC= 3工业制法工业制法 高温高温SiO 2C= Si(粗粗)2CO 2(1)制粗硅：制粗硅： (2)粗硅提纯：粗硅提纯： Si 2Cl 2= SiCl 4， 高温高温SiCl42H2= Si(纯纯)4HCl 4用途用途 (1)用做半导体材料，制造集成电路、晶体管、硅整流器用做半导体材料，制造集成电路、晶体管、硅整流器等等 半导体器件半导体器件 。 (2)制合金，制合金， 如含硅如含硅 4%的钢可制成变压器的铁芯，的钢可制成变压器的铁芯， 含硅含硅15%的钢可制造耐酸设备等。的钢可制造耐酸设备等。 (3)制造光电池，将光能直接转换为电能。制造光电池，将光能直接转换为电能。

5、 探究点一探究点一 硅酸盐的表示方法硅酸盐的表示方法 1规律规律 通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成。通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成。 硅酸盐中的硅元素以硅酸盐中的硅元素以SiO2的形式表示，的形式表示，金属元素如金属元素如Na、K、Mg、Al、Ca 等，等，以它们常见的氧化物形式表示，以它们常见的氧化物形式表示，氢元素以氢元素以H2O的形式表示。氧化物的一般顺序：较活泼金属的氧化物的形式表示。氧化物的一般顺序：较活泼金属的氧化物较不活较不活泼金属的氧化物泼金属的氧化物二氧化硅二氧化硅水。水。 2方法方法 (1)找出组成元素。找出组成元素。(2)写成氧化物的形式。写成氧化物的形式。(3

6、)注意原子守恒。注意原子守恒。(4)检查有无遗漏。检查有无遗漏。 3注意事项注意事项 (1)氧化物之间以氧化物之间以“”隔开。隔开。 (2)氧化物前面的计量数配置出现分数时应化为整数，且计氧化物前面的计量数配置出现分数时应化为整数，且计量数只表示该氧化物的数目。量数只表示该氧化物的数目。 (3)用氧化物形式表示时，各元素的化合价保持不变，各元用氧化物形式表示时，各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。素原子个数比符合原来的组成。 (4)在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如：该氧化

7、物起作用，对其他氧化物不起作用。如：2MgO SiO2不不能认为是能认为是2(MgO SiO2)。 (5)这种组成只是代表物质的化学组成成分，并不是说从结这种组成只是代表物质的化学组成成分，并不是说从结构上看成是构上看成是“分子式分子式”或氧化物的或氧化物的“分子加合物分子加合物”。 实验室应如何保存实验室应如何保存Na2SiO3溶液，如果敞口放置一段时间，溶液，如果敞口放置一段时间，溶液会出现什么现象？溶液会出现什么现象？ 提示：提示：由于由于Na2SiO3溶液能与空气中的溶液能与空气中的CO2反应而变质，反应而变质，故要密封保存，并放在带橡皮塞的玻璃试剂瓶中。敞口放置的故要密封保存，并放在

8、带橡皮塞的玻璃试剂瓶中。敞口放置的Na2SiO3溶液会出现白色胶状沉淀，反应的方程式为：溶液会出现白色胶状沉淀，反应的方程式为：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。 例例1 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所说的风化作用是指矿物与水和部分生成的，此处所说的风化作用是指矿物与水和CO2同时作同时作用用 的的 过过 程程 。 例例 如如 ， 钾钾 长长 石石(KAlSi3O8)风风 化化 生生 成成 高高 岭岭 土土Al2(Si2O5)(OH)4，此反应的离子方程式为，此反应的离子方程式为2KAlSi3O82

9、CO27H2O=2K2HCO3 4H2SiO3Al2(Si2O5)(OH)4。 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式： KAlSi3O8_； Al2(Si2O5)(OH)4_。 (2)上述反应能够发生的原因是上述反应能够发生的原因是_。 思路分析思路分析 用氧化物形式表示硅酸盐的方法及注意事项：用氧化物形式表示硅酸盐的方法及注意事项： (1)方法：找出组成元素；写成氧化物的形式；注意原子守方法：找出组成元素；写成氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗漏。恒；检查有无遗漏。 (2)氧化物的顺序：活泼金属氧化物氧化物的顺序：活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物较

10、活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水。水。 (3)氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，按配置前后原子个数守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，扩大倍数化为整数。扩大倍数化为整数。 (4)氧化物之间用氧化物之间用“”隔开。隔开。 解析解析 (1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物形式时，将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物形式时， 只需只需将除将除O以外所有的元素写成其常见氧化物形式，并用以外所有的元素写成其常见氧化物形式，并用“”将它将它们合起来，们合起来， 但应注意各种原子个数比符合原来的组

11、成，但应注意各种原子个数比符合原来的组成， 在某种在某种(或或几种几种)氧化物前加合适的化学计量数。氧化物前加合适的化学计量数。(2)分析反应前后物质的种分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的反应，是由于酸性类，可知属于酸与盐发生的反应，是由于酸性H2CO3H2SiO3，发生了较强酸制较弱酸的反应。发生了较强酸制较弱酸的反应。 答案答案 (1)K2OAl2O36SiO2 Al2O32SiO22H2O (2)较强酸制较弱酸较强酸制较弱酸 针对训练针对训练1 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是确的是( ) A钙沸石钙沸石Ca(Al2Si3O10

12、)3H2O，表示为，表示为 Al2O3CaO3SiO23H2O 1B镁橄榄石镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为，表示为MgO SiO2 2C 钾云母钾云母(K2Al6Si6H4O24)， 表示为表示为K2O2H2O3Al2O36SiO2 D高岭石高岭石Al2(Si2O5)(OH)4，表示为，表示为Al2O32SiO22H2O 解析：解析：根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中中Al2O31和和CaO的排列顺序有误，的排列顺序有误，B中化学计量数出现中化学计量数出现 ，C正确的写法正确的写法2应为应为K2O3Al2O36SiO22H2O，D的写法完全符合上述

13、要求。的写法完全符合上述要求。 答案：答案：D 探究点二探究点二 硅及其化合物硅及其化合物 1碳与硅的对比碳与硅的对比 2.硅及其化合物的特性硅及其化合物的特性 (1)硅的还原性比碳强，硅的还原性比碳强， 但碳在高温下能从但碳在高温下能从SiO2中还原出硅。中还原出硅。 高温高温SiO22C= Si2CO (2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成非金属单质与强碱溶液反应一般不生成H2， 而硅却可以。而硅却可以。 Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 (3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成H2，非金，非金属单质与非氧化性酸不反应，但硅例外。属

14、单质与非氧化性酸不反应，但硅例外。 Si4HF=SiF42H2 (4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，而一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，而SiO2却能。却能。 SiO24HF=SiF42H2O (5)一般情况下，较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应，能制一般情况下，较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应，能制得较弱的酸，如得较弱的酸，如Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3，但制玻璃时却发生了下列反应：但制玻璃时却发生了下列反应： 高温高温Na2CO3SiO2= Na2SiO3CO2 (6)SiO2是熔点很高的非金属氧化物，是熔点很高的非金属氧化物，H2SiO3在常温下是固在常温下是固态的

15、酸。态的酸。 (7)Na2SiO3俗称泡花碱，但它是盐，其水溶液叫水玻璃，但俗称泡花碱，但它是盐，其水溶液叫水玻璃，但它和玻璃的成分并不相同。它和玻璃的成分并不相同。 (8)硅与烧碱溶液反应的实质和铝与烧碱溶液反应的实质相硅与烧碱溶液反应的实质和铝与烧碱溶液反应的实质相似，氧化剂都是水。似，氧化剂都是水。 (9)硅具有硅具有“亲氟亲氟”性：性： Si2F2=SiF4 Si4HF=SiF42H2 SiO24HF=SiF42H2O 1硅与硅与NaOH溶液反应的原理是什么？溶液反应的原理是什么？ 提示：提示：在硅与在硅与NaOH溶液的反应中，还原剂是硅，氧化剂溶液的反应中，还原剂是硅，氧化剂是水，该

16、反应可理解为分两步进行。是水，该反应可理解为分两步进行。 首先，硅与水反应生成首先，硅与水反应生成H2SiO3和和H2：Si3H2O=H2SiO32H2 ； 然然 后后 ，H2SiO3与与NaOH反反 应应 ：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。 当标电子转移的方向和数目时，应表示为当标电子转移的方向和数目时，应表示为 2硅的还原性比碳强，硅的还原性比碳强， 这和碳能置换出这和碳能置换出SiO2中的硅是否矛中的硅是否矛盾？盾？ 提示：提示：两者并不矛盾，碳和硅最外层电子数均为两者并不矛盾，碳和硅最外层电子数均为4，碳的原，碳的原子半径比硅的小，失去电子的能力比硅弱，所以硅的还原性比

17、子半径比硅的小，失去电子的能力比硅弱，所以硅的还原性比高温高温碳的强。碳的强。 而反应而反应2CSiO2= Si2CO是在高温条件下进行是在高温条件下进行的，且生成物的，且生成物CO为气体，从反应体系逸出，有利于反应向右为气体，从反应体系逸出，有利于反应向右进行。进行。 例例2 晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要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：步骤如下： 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅； 粗粗硅硅 与与干干燥燥 的的HCl气气 体体反反应应制制 得得SiHCl3：Si300 3HCl= SiHCl3H2； SiHCl3与过量与过量

18、H2在在1 0001 100 反应制得纯硅。反应制得纯硅。 已知已知SiHCl3能与能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃。剧烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题。请回答下列问题。 (1)第步制备粗硅的化学方程式为第步制备粗硅的化学方程式为_。 (2)用用SiHCl3与过量与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示反应制备纯硅的装置如图所示(热源热源及夹持装置均已略去及夹持装置均已略去)： 装置装置B中的试剂是中的试剂是_， 装置装置C中的烧瓶需要加热，中的烧瓶需要加热，其目的是其目的是_。 反应一段时间后，装置反应一段时间后，装置D中观察到的现象是中观察到的现象是_，装置装置D不能采用普通玻璃管的

19、原因是不能采用普通玻璃管的原因是_，装置，装置D中发生中发生反应的化学方程式为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为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置气密性，控制好反应温度以及置气密性，控制好反应温度以及_。 思路分析思路分析 理解题给信息理解题给信息 书写相关反应的化学方程式书写相关反应的化学方程式结合结合“SiHCl3能与能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃剧烈反应，在空气中易自燃”等信息等信息分析实验装置各部分的作用及实验操作步骤。分析实验装置各部分的作用及实验操作步骤。 解析解析 (1)在高温条件下，用在高温条件下，用C还原还原SiO2生

20、成生成Si和和CO。(2)因为由因为由Zn、稀硫酸制得的、稀硫酸制得的H2中会混有少量中会混有少量H2O，而，而SiHCl3能与能与H2O剧烈反应，剧烈反应，所以要对所以要对H2进行干燥，进行干燥，根据装置应选择液根据装置应选择液态干燥剂态干燥剂浓硫酸。装置浓硫酸。装置C用水浴加热用水浴加热SiHCl3使其汽化，和使其汽化，和H2进入装置进入装置D反应，因为反应，因为SiHCl3与与H2在在1 0001 100 下反下反应，温度很高，普通玻璃会软化，因此不能使用普通玻璃管。应，温度很高，普通玻璃会软化，因此不能使用普通玻璃管。因为因为SiHCl3在空气中易自燃，在空气中易自燃，实验中还要注意先

21、通一段时间实验中还要注意先通一段时间H2以排尽装置中的空气。以排尽装置中的空气。 高温高温答案答案 (1)SiO22C= Si2CO (2)浓硫酸浓硫酸 使滴入烧瓶中的使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化汽化 有固体物质有固体物质生生 成成 在在 此此 反反 应应 温温 度度 下下 ， 普普 通通 玻玻 璃璃 会会 软软 化化 SiHCl31 0001 100 H2=Si3HCl 排尽装置中的空气排尽装置中的空气 针对训练针对训练2 硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：列问题： (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯甲硅烷制备硅半导体材料必须先得

22、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，还原法是当前制备高纯硅的主要方法， 生产过程示意图生产过程示意图如下：如下： 石英砂石英砂焦炭焦炭高温高温粗硅粗硅HCl573 K以上以上SiHCl3? ?粗粗? ?精馏精馏 H2SiHCl3? ?纯纯? ? 高纯硅高纯硅 1 357 K 写出由纯写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：制备高纯硅的化学方程式：_。 整个制备过程必须严格控制无水无氧。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈遇水剧烈反应生成反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：程式：_；H2还原还原SiHCl3过程中若混入过程中若混入O2，可能引起的可能引起的后果是后果是_。 (2)下列有关硅材料的说法正确的是下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母填字母)。 A碳化硅硬度大，可用于生产砂纸、砂轮等碳化硅硬度大，可用于生产砂纸、砂轮等B氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷