无机非金属材料-硅 学案 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

碳、硅及其化合物【学习目标】1．了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2．了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。【学习重点和难点】Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。知识点1：碳和硅1．存在和用途：碳硅存在形态、。物理性质金刚石：。石墨：。灰黑色固体，有金属光泽，、，有脆性用途用作切割刀具，用作电极、铅笔芯材料和合金材料O2(足量)：O2(不足)：O2(足量)：O2(不足)：CuO：(冶炼金属)SiO2：(制取粗硅)高温H2O：C＋H2O(g)=C+CaO与O2与O2反应与氧化物反应⑴与氧化物反应（常温下性质稳定）浓H浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓)浓HNO3：C＋4HNO3(浓)与强氧化性酸反应与强氧化性酸反应⑵硅①常温下，只能与氢氟酸、氟气、氢氧化钠溶液发生反应Si+HFSi+NaOH+H2OSi+F2②加热时：与某些非金属反应Si+O2③制备：工业制粗硅SiO2+2C粗硅提纯：Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl（得到高纯硅）知识点2：碳及硅的化合物1．二氧化碳和二氧化硅⑴二氧化硅结构：原子晶体，晶体中每个硅原子与个氧原子形成个共价键，而每个氧原子与个硅原子形成个共价键，故晶体中硅、氧原子的个数比为1∶2，所以“SiO2”是二氧化硅的化学式。晶体中无单个分子。天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的二氧化硅。砂、石英、水晶的主要成分都是SiO2。⑵化学性质：CO2与SiO2性质比较CO2SiO2晶体类型物理性质无色无味气体，密度大于空气，微溶于水（1︰1）坚硬难熔的固体，不溶于水。化学性质与水反应与NaOH溶液反应与CaO反应与酸反应用途灭火剂、制纯碱、制汽水、干冰用于作致冷剂或人工降雨①SiO2是制造光导纤维的主要原料；②石英制造石英玻璃、石英电子表、石英钟等；③水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品；④石英砂常用作制玻璃。【讨论】将二氧化碳通入NaOH溶液中，所得溶液中溶质有几种情况？【导练1】写出CO2与下列物质反应的化学方程式，并指出体现CO2的什么性质。Na2CO3Ca(ClO)2NaAlO2Na2SiO3苯酚钠Na2O2CMg【导练2】下列关于碳和硅的氧化物说法正确的是。A．碳和硅的氧化物都是酸性氧化物B．二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成C．二氧化硅不与水及任何酸反应D．CO2、CH4等气体都是温室气体E．CO常作还原剂，PbO2常作氧化剂F．碳在高温下与SiO2反应，作还原剂，但碳的非金属性比硅强2．硅酸（H2SiO3）：⑴制取原理：强酸制弱酸【实验1】在试管中加入3~5mLNa2SiO3溶液，,滴入1~2滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象。现象结论化学方程式⑵硅酸的性质：a．硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，如何证明？b．受热容易分解。H2SiO3c．硅酸在水中易聚合形成胶体。硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的。将其干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为。硅胶多孔，吸附水分能力强，常作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。⑶原硅酸（H4SiO4），白色胶状，不溶于水，不稳定，易失水。H4SiO4＝硅酸和原硅酸的酸酐都是。3．硅酸盐：⑴概念：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。⑵硅酸钠：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。【实验2】取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干(不再滴液)后，同时分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论Na2SiO3溶液—木材防火、黏胶剂等。硅酸盐用氧化物的形式表示：活泼金属氧化物—较活泼金属氧化物—SiO2—H2O如硅酸钠(Na2SiO3)写成____________，石棉Mg3Ca(SiO3)4，高岭石Al2Si2O5(OH)4，钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O、正长石KAlSi3O8知识点3：无机非金属材料1．传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。⑴玻璃：原料：纯碱、石灰石和石英主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2O•CaO•6SiO2）Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑⑵水泥：主要原料：粘土和石灰石石膏—作用是调节水泥硬化速度⑶陶瓷：主要原料：粘土2．新型无机非金属材料，如____________、__________、__________、________等。碳化硅SiC，俗名金刚砂（金刚石，二氧化硅），具有的空间网状结构，硬度大，熔点高。【导练3】下列关于碳族元素的叙述，不正确的是()A．碳族元素的化合物主要是共价化合物B．碳族元素的单质都是导体或半导体C．自然界中大量存在着碳族元素中某元素的气态氢化物D．碳族元素形成的化合物多于其他族元素形成的化合物【导练4】下列关于硅的说法中，不正确的是()A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料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，硅能与氯气、氧气等非金属反应【总结】硅及其化合物的一些特殊性：

1．非金属氧化物一般为分子晶体，而SiO2却为原子晶体。

2．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅却能够与氢氟酸反应，且有氢气生成。3．非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，但硅与强碱溶液反应却生成氢气。4．SiO2不溶于水，但其是硅酸的酸酐，因此硅酸不能用SiO2直接与水反应制得，只能采用可溶性硅酸盐与酸作用生成。课堂练习1下列有关物质性质的应用正确的是（）A．液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂B．二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸C．生石灰能与水反应，可用来干燥氯气D．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝2．下列叙述Ⅰ和Ⅱ均正确并且有因果关系的是（）选项叙述I叙述IIANH4Cl为强酸弱碱盐用加热法除去NaCl中的NH4ClBFe3+具有氧化性用KSCN溶液可以鉴别Fe3+C溶解度：CaCO3<Ca(HCO3)2溶解度：Na2CO3<NaHCO3DSiO2可与HF反应氢氟酸不能保存在玻璃瓶中3．下列措施不合理的是（）A．用SO2漂白纸浆和草帽辫B．用硫酸清洗锅炉中的水垢C．高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅D．用Na2S做沉淀剂，除去废水中的Cu2+和Hg2+4．石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料（结构示意图如下），可由石墨剥离而成，有极好的应用前景。下列说法正确的是（）A．石墨烯与石墨互为同位素B．0.12g石墨烯中含有6.02×1022个碳原子C．石墨烯是一种有机物D．石墨烯中的碳原子间以共价键结合5．常温下，下列各组物质中，Y既能与X反应又能与Z反应的是（）XYZ①NaOH溶液Al(OH)3稀硫酸②KOH溶液SiO2稀盐酸③O2N2H2④FeCl3溶液Cu浓硝酸A．=1\*GB3①=3\*GB3③B．=1\*GB3①=4\*GB3④C．=2\*GB3②=4\*GB3④D．=2\*GB3②=3\*GB3③6．某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应，消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6︰5，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为（）A．1︰1B．1︰2C．1︰3D．1︰47．将某铝硅合金分成质量相等的两份，分别与足量的盐酸和NaOH溶液充分反应，放出H2的体积（在相同温度和压强下）的关系正确的是（）A．一样多 B．前者多 C．后者多 D．无法确定8．将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③NaAlO2溶液；④饱和Na2CO3溶液；⑤Ca(OH)2最终溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④⑤ B．②③④C．②④⑤ D．①②④9．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①② B．②③ C．①④ D．③④化学键Si—OO=OSi—Si键能/kJ·mol-1x498.817610．有关化学键的键能数据如表：晶体硅的燃烧热为989.2kJ·mol－1，则X的值为（） A．423.3B．460C．832D．92011．下列叙述不正确的是（）①硅的晶体结构和金刚石相似，都是原子晶体；②硅是地壳中含量最多的非金属；③晶体硅是良好的半导体材料；④SiO2是制造光导纤维的重要原料；⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的；⑥SiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸。A．①②⑥B．①⑤⑥C．③④⑤D．②⑤⑥12．下列离子方程式书写不正确的是（）A．往NaOH溶液中通入少量CO2：CO2＋OH－=HCO3－B．单质Si与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑C．石英砂与烧碱溶液反应制水玻璃：SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2OD．往水玻璃中通入少量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓13．下列说法符合事实的是（）A．SiO2溶于水成为硅酸B．CO2通入水玻璃中得到白色沉淀C．CO2通入饱和CaCl2溶液能生成白色沉淀D．硅酸酸性比碳酸弱，所以SiO2不能跟Na2CO3反应14．密闭容器中充入CO2和CO的混合气体，混合气体的平均相对分子质量为32，容器内压强为p，然后投入足量Na2O2，不断用电火花点燃至反应停止，恢复到原温度，容器内压强为（）A．pB．EQ\f(1,2)pC．EQ\f(1,4)pD．EQ\f(1,8)p15．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是()A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移的电子数为12e－D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为1∶216．铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：⑴铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第周期、第族。⑵PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为。⑶PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为；PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为，阴极观察到的现象是：若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式，这样做的主要缺点是。⑷PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%【即（样品起始质量—a点固体质量）/样品起始质量×100%】的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x值和m:n值。17．金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。⑴碳与同周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物H为非极性分子，碳元素在周期表中的位置是，Q是，H的电子式为。⑵一定条件下，Na还原CCl4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收中CCl4的实验操作名称为，除去粗产品中少量钠的试剂为。⑶碳还原SiO2制SiC,其粗产品中杂质为Si和SiO2。先将20.0gSiC粗产品加入到过量的NaOH溶液中充分反应，收集到0.1mol氢气，过滤得SiC固体11.4g，滤液稀释到1L，生成氢气的离子方程式为，硅酸盐的物质的量浓度为。⑷下列叙述正确的有（填序号），①Na还原CCl4的反应、Cl2与H2O的反应均是置换反应②水晶、干冰熔化时克服粒子间作用力的类型相同③Na2SiO3溶液与SO3的反应可用于推断Si与S的非金属性强弱④钠、锂分别在空气中燃烧，生成的氧化物中阴阳离子数目比均为1:218．硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：⑴获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动，信息产业的核心材料是高纯度单晶硅。下面是高纯度单晶硅的生产方法之一：气相沉积法H2HCl、Cl气相沉积法H2HCl、Cl2CSiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸点31.5℃)Si高纯硅→单晶硅近代用得较多的另一种方法(方法二)：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4)；再热分解硅烷可得高纯硅。从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅还要进一步处理的原因是______________________________________。写出方法二中，生产高纯硅的两个化学方程式：①______________________。②_____________________________。⑵硅主要以硅酸盐、等化合物的形式存在于地壳中。⑶单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以相结合。⑷单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为。氮化硅(氮显－3价，硅显＋4价)是一种高温陶瓷材料⑵氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除HF外，它不与其他无机酸反应．试推测该陶瓷被HF腐蚀的化学方程式__________________________________。现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为________________________________。⑸在硅酸盐中，SiO44-四面体(如下图(a))通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根；Si与O的原子数之比为，化学式为19．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用炭在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450~500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：①四氯化硅遇水极易水解；②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；③有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8—315—熔点/℃－70.0－107.2———升华温度/℃——180300162请回答下列问题：⑴写出装置A中发生反应的离子方程式。⑵装置A中g管的作用是；装置C中的试剂是；装置E中的h瓶需要冷却的理由是。⑶装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是（填写元素符号）。⑷为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2＋,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋＝5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O①滴定前是否要滴加指示剂？（填“是”或“否”），请说明理由：。②某同学称取5.000g残留物后，经预处理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL试样溶液，用1.000×10－2mol/LKMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00mL，则残留物中铁元素的质量分数是。20．如何除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下面提供的试剂和操作，将标号填在表内。供选试剂：A．盐酸B．烧碱溶液C．氧气D．水E．CO2F．不用其他试剂供选操作：①加热②加热熔融③过滤④结晶含杂质的物质所加试剂主要操作⑴SiO2(NaHCO3)⑵SiO2(CaCO3)⑶SiO2(Si)⑷NaCl(SiO2)答案1-5ADBDB6-10BCBCB11-15DADBDD16．