高中化学无机非金属材料的主角-硅名师导航新人教版

第一节无机非金属材料的主角——硅名师导航知识梳理一、硅单质硅在地壳中的含量仅次于____________，在自然界中只以____________态存在，一般以SiO2或硅酸盐的形式存在。晶体硅的结构和金刚石____________，为____________体的立体____________状结构；硅呈灰黑色，有金属光泽，熔点、沸点高，硬度大，是重要的半导体材料。硅的化学性质____________活泼，常温下只与F2、HF和强碱反应。如：Si+O2SiO2（粉末状的Si可以燃烧）Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑Si+2H2SiH4（结构类似CH4，但不稳定）工业上制取单质硅是先用石英砂与焦炭反应制取粗硅，再将粗硅进行提纯。SiO2+2CSi+2CO↑（石英砂）（焦炭）（粗硅）Si（粗）+2Cl2SiCl4，SiCl4+2H2====Si（纯）+4HCl二、二氧化硅的性质二氧化硅晶体中硅原子和氧原子按____________的个数比组成立体__________结构，故“SiO2”只是化学式，表示了硅、氧原子的个数比，晶体中不存在SiO2分子。1.物理性质：主要是熔沸点_________、硬度_________、_________溶于水。2.化学性质（1）具有_________氧化性。如SiO2+2CSi+2CO↑（2）具有_________氧化物的通性。如CaO+SiO2CaSiO3SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O注意：玻璃中含有SiO2，故盛放___________性溶液的试剂瓶不能用___________塞，只能用___________塞。（3）特性：SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O（腐蚀玻璃）三、硅酸的性质SiO2对应的水化物是硅酸（H2SiO3），H2SiO3是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应而制得的。H2SiO3的酸性很_________，甚至比H2CO3还要_________，所以即使将CO2通入Na2SiO3溶液中也可以得到H4SiO4的白色胶状沉淀。Na2SiO3+2HCl+H2O====2NaCl+H4SiO4↓（也可写成Na2SiO3+2HCl====2NaCl+H2SiO3↓）Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓（白色）+Na2CO3（也可写成Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3）原硅酸（H4SiO4）很不稳定，在空气中易失水生成_____________：H4SiO4====H2SiO3+H2O。四、硅酸盐由_____________、________________和金属组成的化合物的总称，结构复杂、性质稳定，广泛存在于地壳中。最简单而又最常用的是Na2SiO3，其水溶液放置在空气中会____________。五、碳和硅的比较碳硅原子半径相对较_______________相对较_______________结构立体___________状（金刚石）立体_____________状单质熔点熔点很___________比金刚石稍_______________氧化物化学式的意义CO2____________表示二氧化碳的分子组成SiO2________表示二氧化硅的分子组成，仅表示二氧化硅中硅原子和氧原子个数比_________相应酸的特点H2CO3为___________态H2SiO3、H4SiO4均为___________态六、二氧化碳和二氧化硅CO2SiO2类别___________氧化物___________氧化物结构由分子组成立体___________状熔沸点较___________化学性质CO2+H2OH2CO3不与水反应，也不溶于水CO2+2NaOH====____________+H2OCO2+NaOH====____________CO2+CaO====CaCO3SiO2+2NaOH====____________+H2O联系Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4+Na2CO3H4SiO4====SiO2+2H2O疑难突破1.碳族元素的相似性主要体现在哪些方面？剖析：①最外层电子数为4，易形成共价键；②最高价均为+4，最高价氧化物通式为RO2，对应水化物通式为H2RO3〔H4RO4或R(OH)4〕；③均有+2价，氧化物通式为RO；④气态氢化物可表示为RH4。2.碳族元素性质的递变规律如何？剖析：①从碳到铅电子层数递增，原子半径增大，核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强；②从碳到铅非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强；③同族元素从上到下最高价氧化物对应的水化物的酸性递减，碱性递增；④同族元素从上到下气态氢化物的稳定性递减，还原性递增。3.硅酸盐的结构有什么特征？剖析：硅酸盐是构成岩石和土壤的主要成分。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常用氧化物的形式来表示其组成。例如：硅酸钠Na2SiO3（Na2O·SiO2）高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(Al2O3·2SiO2·2H2O)。硅酸盐的结构一般都很复杂，但不论哪种硅酸盐，它们的基本结构单元都是硅氧四面体，它们通过不同的方式结成链状、环状、片状或立体网状结构的阴离子。硅酸盐就是由这些阴离子与金属阳离子结合而成的。问题探究问题1从生活中硅的各种用途出发，回忆有关知识结构，探究硅及其化合物的“反常”性质有哪些。探究：的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2+2CSi+2CO↑2.非金属单质与碱溶液反应一般无H2放出，但Si却放出H2：Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑3.非金属单质一般不与非氧化性的酸反应，但Si能与HF作用：Si+4HF====SiF4↑+2H2↑4.非金属一般为非导体，但Si为半导体。是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接用与水反应来制取硅酸。6.酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O7.无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。8.因H2CO3的酸性比H2SiO3大。所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生如下反应：Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3+Na2CO3，但在高温下却发生：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同。问题2实验室中要熔化NaOH固体，手头上有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚和铁坩埚。请大家探讨我们应当使用哪一种，为什么?探究：石英坩埚和陶瓷坩埚中均含有SiO2，在加热的情况下会与NaOH发生反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O，因此应当选用铁坩埚。问题3HF溶于水即得到氢氟酸，那么能不能用玻璃瓶盛装氢氟酸？应当用什么试剂瓶？探究：SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O因玻璃中有SiO2,所以氢氟酸不能用玻璃瓶盛装，可放在塑料瓶中。典题精讲例1下列物质的晶体中，不存在分子的是（）A.二氧化硅B.二氧化硫C.二氧化碳D.二硫化碳思路解析SO2、CO2、CS2的晶体是由分子构成的，只有SiO2是由Si、O原子直接构成的晶体。答案：A例2关于二氧化硅，下列叙述不正确的是（）A.水晶的成分是二氧化硅B.二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸C.二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应D.二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别思路解析水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反应而生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸盐与酸的反应；SiO2虽然是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O，这是它的特性，氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质；CO2在通常状况下为气体，与SiO2物理性质相差很大。答案：C例3下列两个反应的反应原理是否存在矛盾?为什么?①Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3②SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑思路解析本题利用CO2、SiO2、Na2SiO3、H2CO3、H2SiO3等化合物的性质，考查逻辑推理能力以及思维的敏捷性和深刻性。答案：不矛盾；①是在溶液中进行的反应，之所以能够发生，是由于酸性H2CO3＞H2SiO3，反应符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应原理；而②是在高温熔融状态下的反应，由于CO2可从熔融体中逸出，使得反应可以发生，而与酸性H2CO3＞H2SiO3无关。知识导学本节建议采用“阅读教材→查阅资料→讨论归纳”的学习方法。关于Si、SiO2应掌握下列问题：1.单质硅的化学性质：关键掌握硅与非金属单质的反应中Si的化合价为+4；硅与氢氟酸反应、硅与强碱的反应都有氢气产生。注意反应条件。化学性质：主要掌握以下几个反应：SiO2+2CSi+2CO↑CaO+SiO2CaSiO3SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+4HFSiF4↑+2H2ONa2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑注意二氧化硅的化学式：“SiO2”只是化学式，表示了硅、氧原子的个数比，而实际晶体中每个硅原子的周围有四个氧原子，每个氧原子的周围有两个硅原子，并不存在SiO2硅酸的酸性比碳酸弱，这与碳和硅的非金属性是一一对应的。硅酸是唯一的一种固态酸。H2SiO3SiO2硅酸硅酐左边的Na2SiO3与HCl和CO2分别发生反应，这两个反应之所以能够发生，是因为酸性：H2CO3＞H2SiO3、HCl＞H2SiO3。硅与氧形成的共价键很强，所以硅酸盐在自然界广泛存在。硅酸盐常以氧化xMO·nSiO2·mH2O的形式表示其组成，但并不表示其结构形式。两种元素的比较通常从其原子结构到其化学性质，从其分子结构或晶体结构到其物理性质，进而比较它们的用途、制备。注意：碳的单质有多种结构，如金刚石是立体网状结构，石墨是层状结构。两种化合物的化学性质先看它们的类别是否相同，通性是否一样；然后比较它们的特性，包括性质的强弱、结构大小等的比较。注意：SiO2是中学所学酸性氧化物中唯一不溶于水的物质。主要从CO2和SiO2的结构、化学性质进行比较，可以看出二者有很大差别。疑难导析根据结构决定性质，首先从原子结构考虑，最外层电子数为4。其次从最高价氧化物对应水化物及气态氢化物考虑。同族元素性质的相似性与递变规律是元素周期律的重要内容之一，可以结合元素周期律来指导对碳族元素性质的相似性与递变规律的学习，不过元素周期律是宏观规律，还需要结合碳族元素的具体情况来灵活应用，如氧化物的结构就比一般的主族元素的情况要复杂，含氧酸的情况也有自己的特殊性。首先明确常见的硅酸盐的组成成分，如黏土的主要成分也是硅酸盐。黏土的种类很多,常见的有高岭土和一般黏土。其次掌握氧化物式xMO·nSiO2·mH2O只是表示硅酸盐的组成，并不能表示其结构形式。最后关键是理解硅酸盐的基本结构单元都是硅氧四面体，每个硅原子的周围有四个氧原子。问题导思本题主要考查学生分析、对比、归纳问题的能力。初中化学学习中，已经学习了碳及其化合物的性质，据此可进行比较即可得出有关的结论。分析对比时要做到以下几点：1.回忆旧知识点2.看有关硅性质视频，明确认识3.进行设疑辨思，进行互动交流4.查阅各种资源，进行知识建构和总结总结时，可以从硅的单质、化合物与其他非金属单质和化合物的性质进行对比、分析、归纳出其性质的反常来。对比分析时，可以从单质、酸、氧化物、盐和用途等方面进行比较。同时注意硅及其化合物的特性。熟练掌握Si及其化合物的主要化学性质，如H2SiO3难溶于水，在反应方程式中写成沉淀形式；Si和SiO2可与HF反应；水玻璃成分为Na2SiO3，而玻璃的成分为Na2SiO3、SiO2等。玻璃及陶瓷中都含有二氧化硅，而二氧化硅与氢氧化钠反应，即可被碱腐蚀，所以玻璃与陶瓷材料制作的仪器不能用作碱的盛装或反应容器。氢氟酸对玻璃的腐蚀作用类似于碱，所以玻璃材料不能用于氢氟酸的盛装或反应容器。典题导考绿色通道关键明确SiO2晶体的基本结构单元是一个四面体，该晶体是立体网状结构，化学式仅表示硅、氧的原子个数比。典题变式质量相等的石墨与足球烯（C60）所含质子数（）A.前者多B.相等C.后者多D.无法确定答案：B绿色通道对元素化合物的性质既要注意其通性，也要记熟其特殊性，如SiO2与氢氟酸的反应。这样对解决问题很有帮助。典题变式二氧化碳通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是（）A.氯化钙溶液B.石灰水C.饱和碳酸钠溶液D.硅酸