【学海导航】山西省高中化学总复习 第4章第13课时 无机非金属材料的主角硅课件 新人教

第13课时无机非金属材料的主角——硅一、硅元素与硅单质1．硅的存在：在自然界只有化合态，是一种亲氧元素(这与同主族的碳不同)，一般以SiO2

或硅酸盐形式存在，在地壳中的含量仅次于氧。2．结构：与金刚石的晶体结构类似，是正四面体形空间网状结构。3．物理性质：灰黑色，硬度大，熔沸点高，具有金属光泽。4．化学性质：常温下与F2、HF、NaOH反应。加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物。5．用途：(1)良好的半导体材料(为什么？)(2)太阳能电池(3)计算机芯片【基础题一】(湖南师大附中高三第2次月考)硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是()A．陶瓷餐具

B．石英钟表C．计算机芯片

D．光导纤维C二、二氧化硅及硅酸1．二氧化硅(1)物理性质二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，SiO2不溶于水，熔点高、硬度大。水晶、石英是二氧化硅晶体。

(2)结构二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的，晶体中硅原子和氧原子的个数比为1∶2，SiO2晶体结构中：在硅晶体中每两个硅中间插入一个氧原子，最小环为12个原子(与金刚石类似)。如右图。(3)化学性质①酸性氧化物的性质：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，不溶于水。常温下SiO2与NaOH溶液反应得到硅酸钠(Na2SiO3)，反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。

玻璃瓶塞会跟NaOH等碱性溶液反应，为什么NaOH溶液还能用玻璃瓶盛装？【解答】由于玻璃不是简单的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2机械混合物，它们相互结合为多聚硅酸的长链，金属阳离子处于无规则的多聚硅酸的长链包围之中，所以玻璃中的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2不是独立存在的，即玻璃中SiO2与一般所说的SiO2是有区别的。瓶口内侧与瓶塞都是经过磨砂处理的，表面粗糙，碱性的液体容易滞留，并且水分蒸发，碱液浓度增大，促使二者更易反应。其他部位因表面光滑而难于反应。由于从组成和结构上看多聚硅酸的长链与SiO2相似，所以通常把玻璃跟NaOH等碱性溶液反应简单地看成SiO2与碱溶液的反应。但是注意高温下玻璃能与NaOH反应。

高温下SiO2能和碱性氧化物(如CaO)反应生成硅酸盐，反应的化学方程式为CaO＋SiO2CaSiO3(炼铁中除炉渣)②常温下，SiO2能与氢氟酸(HF)反应，此反应常用于刻蚀玻璃，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(腐蚀玻璃)。③二氧化硅的弱氧化性：SiO2高温下与C作用可制取粗硅，反应的化学方程式为：2C＋SiO22CO↑＋Si。(4)二氧化硅的用途：①SiO2是制造光导纤维的主要原料。②SiO2常被用来制造石英表中的压电材料。③SiO2用于制造各种玻璃制品。2．硅酸硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱。Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中通入CO2，能制得硅酸，反应的化学方程式：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓(说明碳酸酸性比硅酸酸性要强)。【基础题二】下列说法正确确的是()A．二氧化硅是是酸性氧化物物，它可以跟跟碱反应，但但不能与任何何酸反应B．根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸酸性比碳酸强强C．二氧化碳通通入硅酸钠溶溶液中可以制制得硅酸D．晶体硅常被被用来制造光光导纤维C【解析】二氧化硅是酸酸性氧化物，，但它可以与与氢氟酸发生生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑只有在高温下下才能进行，，由于CO2是气体，生成成后脱离反应应体系使反应应得以继续进进行，但这不不能说明硅酸酸的酸性比碳碳酸的酸性强强；要比较硅硅酸和碳酸的的酸性强弱就就是要比较它它们在水溶液液中电离出H＋的难易程度，，如CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，符合强酸制制弱酸的规律律，也可说明明碳酸的酸性性比硅酸的强强；SiO2是光导纤维的的主要成分，，光导纤维可可以用SiO2来制取。三、硅酸盐硅酸盐是由硅硅、氧和金属属组成的化合合物的总称。。1．表示：硅酸盐的组成成比较复杂，，常用氧化物物的形式表示示。表示顺序序为：活泼金金属氧化物、、较活泼金属属氧化物、二二氧化硅、水水。如正长石石(KAlSi3O8)可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2。2．硅酸盐产品品：玻璃、水水泥、陶瓷等等。水泥玻璃(普通)原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英设备水泥回转窑玻璃熔炉特性水硬性(加石膏调节硬化速度)玻璃态物质(在一定温度范围内软化)，不是晶体【基础题三】用氧化物的形形式表示下列列硅酸盐的组组成。①硅酸钠：；；②硅酸钙：；；③高岭石：Na2SiO3Na2O·SiO2CaSiO3CaO·SiO2Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O【温馨提示】硅酸盐由于组组成比较复杂杂，常用氧化化物形式表示示。氧化物的顺序序：活泼金属属氧化物→较活泼金属氧氧化物→二氧化硅→水氧化物前系数数配置原则：：除氧元素外外，其他元素素按原子个数数守恒原则配配置系数。注意事项：①氧化物之间以以“·”隔开；②系数配置出现现分数应化为为整数。重要考点1二氧化硅与二二氧化碳的比比较SiO2与CO2的比较CO2SiO2与碱性氧化物反应CaO＋CO2CaCO3CaO＋SiO2CaSiO3与碱液的反应2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与盐反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClOSiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑CO2SiO2与碳反应C＋CO22CO2C＋SiO2

Si＋2CO↑与H2O作用CO2＋H2OH2CO3不与水化合与酸反应不反应只与HF反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O【考点释例1】指出下列反应应中SiO2所表现的化学学性质或作用用，在A～D选项中选择正正确答案填入入括号内。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O()②SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑()③SiO2＋2CSi＋2CO↑()④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O()A．作为玻璃的的成分被消耗耗而使玻璃被被腐蚀B．弱氧化性C．酸性氧化物物的通性D．将挥发性的的酸酐从其盐盐中置换出来来【解析】本题全面考查查SiO2的性质，将所所给选项结合合实际一一对对应查找。A用来雕雕刻玻玻璃，，应有有氢氟氟酸(HF)参与反反应；；B中弱氧氧化性性是指指反应应物SiO2中Si得电子子，化化合价价降低低；D是挥发答案：：①C②D③B④A【温馨提提示】硅及其其化合合物的的特性性：1．Si的还原原性大大于C，但C却能在在高温温下还还原出出Si：2C＋SiO2Si＋2CO↑。2．非金金属单单质跟跟碱液液作用用一般般无H2放出，，但Si却放出出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．非金金属单单质一一般不不跟非非氧化化性酸酸作用用，但但Si能与HF作用：：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。4．非金金属单单质一一般为为非导导体，，但Si为半导导体。。5．SiO2是H2SiO3的酸酐酐，但但它不不溶于于水，，不能能直接接将它它与水水作用用制备备H2SiO3。6．非金金属氧氧化物物的熔熔沸点点一般般较低低，但但SiO2的熔沸沸点却却很高高。7．酸性性氧化化物一一般不不与酸酸作用用，但但SiO2能跟HF作用：：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。8．无机机酸一一般易易溶于于水，，H2SiO3却难溶溶于水水。9．因碳碳酸的的酸性性强于于硅酸酸，所所以在在Na2SiO3溶液中中通入入CO2能发生生下列列反应应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，但在在高温温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发发生。。10．Na2SiO3的水溶溶液称称水玻玻璃，，但它它与玻玻璃的的成分分大不不相同同，硅硅酸钠钠水溶溶液(即水玻玻璃)俗称泡泡花碱碱，但但它却却是盐盐的溶溶液，，并不不是碱碱溶液液。1.(湖南同同升湖湖实验验学校校2010届高三三第一一次月月考)往下列列溶液液中通通入足足量CO2，溶液液中最最终没没有固固体物物质的的是()A．饱和和碳酸酸钠溶溶液B．偏铝铝酸钠钠溶液液C．硅酸酸钠溶溶液D．次氯氯酸钙钙溶液液D2.对于ⅣA族元素素，下下列叙叙述中中不正正确的的是()A．SiO2和CO2中，Si和O，C和O之间都都是共共价键键B．C、Si和Ge的最外外层电电子数数都是是4，次外外层电电子数数都是是8C．CO2和SiO2都是酸性氧氧化物，在在一定条件件下都能和和氧化钙反反应D．该族元素素的主要化化合价是＋＋4和＋2B【解析】一般非金属属与非金属属原子之间间以共价键键结合，A正确。C、Si、Ge为同主族元元素，最外外层电子数数相等，均均为4，但核电荷荷数依次增增多，次外外层电子数数依次为2、8、18，B错误。大多多数非金属属氧化物是是酸性氧化化物，如CO2、SiO2，酸性氧化化物在一定定条件下能能够与碱性性氧化物(如CaO)反应，C正确。最高高正化合价价数等于最最外层电子子数，ⅣA族元素的主主要化合价价是＋4和＋2，D正确。3.已知A、B、C三种元素均均为短周期期元素，它它们的原子子序数关系系为C>B>A。A元素原子的的最外层电电子数是次次外层电子子数的2倍，B和C可形成BC4型化合物。。用化学符符号填空：：(1)三种元素中中A是____、B是____、C是____。(2)A、B、C的最高价氧氧化物对应应的水化物物分别为、____、____，在这些水水化物中，，酸性最弱弱的是____。CSiClH2CO3H2SiO3H2SiO3H2SiO3(3)BC4的电子式是是。。(4)用离子方方程式表表示出用用B的氧化物物制得

。SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O、SiO32-＋2H＋===H2SiO3↓【解析】依据A的电子子层结结构特特点，，可知知A为碳；；B和C可形成成BC4型化合合物，，可推推知B为ⅣA族元素素，C为ⅦA族元素素，又又因为为原子子序数数的关关系C>B>A，可知知B为Si，C为氯，，结合合其化化合物物的性性质，，可推推知其其他问问题的的答案案。重要考考点2无机非非金属属材料料1．传统统无机机非金金属材材料(1)玻璃原料：：生产普普通玻玻璃的的主要要原料料是纯纯碱(Na2CO3)，石灰灰石(CaCO3)和石英英(SiO2)。主要设设备：：玻璃璃熔炉炉反应应原原理理：：将粉粉碎碎混混匀匀的的原原料料加加强强热热使使之之熔熔化化，，发发生生复复杂杂的的物物理理化化学学变变化化，，冷冷却却即即成成玻玻璃璃。。其其中中主主要要化化学学反反应应是是CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑主要要成成分分：：制造造玻玻璃璃的的原原料料中中，，石石英英是是过过量量的的，，所所以以，，普普通通玻玻璃璃是是CaSiO3、Na2SiO3和SiO2熔化化在在一一起起得得到到的的物物质质，，其其物物质质的的量量之之比比为为1∶∶1∶∶4，因因此此玻玻璃璃可可表表示示为为：：Na2O··CaO··6SiO2。主要要性性质质：：硬而而脆脆，，受受热热时时在在一一定定温温度度范范围围内内逐逐渐渐软软化化，，没没有有一一定定的的熔熔点点，，故故称称作作玻玻璃璃态态物物质质，，耐耐酸酸腐腐蚀蚀(HF除外外)。(2)水泥泥①普通通水水泥泥的的主主要要成成分分为为硅硅酸酸三三钙钙(3CaO··SiO2)，硅硅酸酸二二钙钙(2CaO··SiO2)和铝铝酸酸三三钙钙(3CaO··Al2O3)等。。②水泥泥的的特特点点是是水水泥泥具具有有水水硬硬性性，，与与水水掺掺和和搅搅拌拌并并静静置置后后，，很很容容易易凝凝固固变变硬硬。。③混凝土土是指指水泥泥、沙沙子和和碎石石的混混合物物，混混凝土土常用用钢筋筋作结结构，，这就就是通通常所所说的的钢筋筋混凝凝土。。2．新型型无机机非金金属材材料类别示例特性用途高温结构陶瓷氮化硅陶瓷硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具碳化硅陶瓷硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电电热元件生物陶瓷氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体人造牙齿、人造骨骼类别示例特性用途压电陶瓷钛酸钡陶瓷钛酸铅陶瓷可将极其微弱的机械振动转换成电信号声纳系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪【考点释例2】汉代器物上上的颜料“汉紫”至今尚没有有发现其自自然存在的的记载。20世纪80年代科学家家进行超导导材料研究究时，偶然然发现其成成分为紫色色的硅酸铜铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为＋2价)，下列有关关“汉紫”的说法中不不正确的是是()A．用盐的形形式表示：：BaSiO3·CuSiO3B．用氧化物物形式表示示：BaO·CuO·2S