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1、第4章材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料第1课时【学习目标】1.了解Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。【学习过程】一、【探究活动】1单质硅有晶体硅和无定形硅(非晶硅)两种，晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。有人说：“金属单质都是电的良导体，非金属单质都是绝缘体”，你认为对吗？请分析说明。2在前面的学习中，你已经学习过碳、硫、氮气、氧气、氢气等许多非金属单质，它们在性质上具有许多相似之处。(1)根据上述单质的性质，分析总结非金属单质有哪些通性？(2)硅作为非金属，预测硅有哪些性质？
2、3在常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸和强碱溶液外，不易与其他物质如氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。写出硅参与的反应的化学方程式(1)与非金属单质反应硅与氟气反应：_；硅与氯气反应：_；硅与氧气反应：_。(2)与氢氧化钠溶液反应化学方程式：_。 (3)与氢氟酸反应化学方程式：_。4自然界中没有硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等。工业上怎样获取作为半导体材料的硅呢？高纯硅的制取，反应方程式分别为：制粗硅：_；提纯(与Cl2反应)：_；还原(用H2还原)：_。二、单质硅与半导体材料1.半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是锗,目前广泛使用的
3、半导体材料是硅 。2.硅的物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰 黑色,有金属光泽,硬而脆,是良好的半导体材料。3.硅的化学性质硅的化学性质不活泼,常温下不与 等发生反应,但在加热时研细的硅能在氧气中燃烧: 。4.硅的用途硅可用来制造集成 电路、太阳能电池、硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯,耐酸设备等。5.硅的制备由于自然界中没有单质硅存在,因此我们使用的硅都是从硅的化合物中提取的。制粗硅: 。三、二氧化硅与光导纤维【探究活动】1二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。根据你对沙子和石英的了解，预测二氧化硅有哪些物理性质？2自然界中哪些常见物质的主要成分是
4、二氧化硅？从物质分类角度来看，二氧化硅属于哪类物质？可能具有哪些性质？3完成体现二氧化硅化学性质的化学方程式。(1)与NaOH溶液反应(盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞)_(2)与碱性氧化物反应SiO2CaO_(3)SiO2的氧化性SiO22C_(4)SiO2的特性与氢氟酸反应SiO24HF=_此反应常被用来刻蚀玻璃。4问题讨论(1)根据CaCO3SiO2CaSiO3CO2的反应，能否说明酸性H2SiO3H2CO3？为什么？(2)盛碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？5光导纤维(1)主要成分：_。(2)用途：_、能量传输、信息处理等。四、二氧化硅与光导纤维1.二氧化硅的存在与物理性质二氧化
5、硅广泛存在于自然界中,沙 子、石英的主要成分为二氧化硅。纯净的二氧化硅晶体呈无色,熔点高,硬度大 ,不溶于水,也不溶于其他一般的溶剂。2.二氧化硅的化学性质(1)酸性氧化物的通性二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应: ;二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应: 。(2)特性二氧化硅在常温下与氢氟酸反应: 。3.二氧化硅的用途二氧化硅可用于制作石英表中的压电材料和光导纤维,光导纤维可用于通讯、能量传输、信息处理、遥测遥控、医疗器械等领域。导学案参考答案一、探究活动1不对。金属单质大部分是电的良导体，但锗是半导体；非金属单质大部分是绝缘体，但石墨是电的良导体，硅是半导体。2大多数非金属单质一般可与金属
6、、氧气、氢气、碱等物质反应；硅作为非金属，预测其能与氧气、氯气、氢氧化钠溶液反应。3(1)Si2F2SiF4Si2Cl2SiCl4SiO2SiO2(2)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(3)Si4HF=SiF42H24SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl二、1.硅2.灰黑3.O2、Cl2、H2SO4、HNO3Si+O2SiO24.集成电路5.SiO2+2CSi+2CO三、探究活动1纯净的二氧化硅为无色透明的晶体，不溶于水，熔点高、硬度大。2自然界常见的沙子、鹅卵石、石英、水晶的主要成分是二氧化硅，它属于非金属氧化物、酸性氧化物，具
7、有酸性氧化物的通性。可与碱性氧化物、碱反应，还可与氢氟酸反应。3(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)CaSiO3(3)Si(粗)2CO(4)SiF42H2O4(1)不能。较强的酸制较弱的酸是根据在溶液中进行的反应得出的结论，而该反应不是在溶液中进行的。故不能得出该结论。(2)由于玻璃中的SiO2跟碱溶液反应生成的Na2SiO3具有黏合性，会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。5(1)SiO2(2)通讯四、1.沙子大2. （1）SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+CaOCaSiO3（2）SiO2+4HFSiF4+2H2O3.光导纤维五、检测题1. 下列有关物质性质与
8、用途具有对应关系的是()A.Na2O2吸收CO2产生O2,可用作呼吸面具供氧剂B.ClO2具有还原性,可用于自来水的杀菌消毒C.SiO2硬度大,可用于制造光导纤维D.NH3易溶于水,可用作制冷剂2. 下列有关试剂的保存方法中错误的是()A.氢氧化钠溶液盛装在用橡胶塞的试剂瓶中B.氢氟酸盛装在细口玻璃瓶中C.硫酸亚铁溶液存放在加有少量铁粉的试剂瓶中D.金属钠保存在石蜡油或煤油中3. .有一粗硅中仅混有铁这一种杂质,取等质量的两份样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中,放出等量的氢气,则该粗硅中铁和硅的关系正确的是()A.物质的量之比为11B.物质的量之比为21C.质量之比为32D.质量
9、之比为214. 以石英砂来制取并获得高纯硅的主要化学反应如下:SiO2+2CSi(粗)+2COSi(粗)+Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl关于上述反应的分析不正确的是()A.是置换反应,是化合反应B.高温条件下,焦炭与氢气的还原性均强于硅C.任一反应中,每消耗或生成28 g硅,均转移4 mol电子D.高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可以制得高纯硅5. 汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时,偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式:BaCuSi2Ox,Cu为+2价)。下列有关“汉紫”的说法中不正确的是(
10、)A.用盐的形式表示:BaSiO3CuSiO3B.用氧化物的形式表示:BaOCuO2SiO2C.x=4D.性质稳定,不易退色6. 硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为127. 下列说法正确的是()A高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应BCO2和钠在一定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠，反应中氧化剂和
11、还原剂的物质的量之比是34C现代海战通过喷放液体SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕，其主要成分是NH4ClD从燃煤烟道灰中(含GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge)，没有发生氧化还原反应检测题参考答案1. 【解析】A项,人呼出气体中含有的CO2可与Na2O2反应生成O2,故Na2O2可用作呼吸面具的供氧剂,正确;B项,ClO2具有强氧化性,可以用于自来水的杀菌消毒,错误;C项,SiO2可用于制造光导纤维不是因为其硬度大,两者无对应关系,错误;D项,NH3易液化,是其可用作制冷剂的原因,错误。【答案】A2. 【解析】HF可以和玻璃中的SiO2反应,所以HF不能保存在玻璃瓶里。【答案】B3.
12、【解析】粗硅中只有铁与盐酸反应:Fe+2HClFeCl2+H2;粗硅中只有硅与碱溶液反应:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2,因放出等量的氢气,则铁与硅的物质的量之比为21,质量之比为41。【答案】B4. 【解析】根据化学方程式可知,是置换反应,是化合反应,A对;的反应中,C、H2为还原剂,Si为还原产物,故B对;的反应中,Si均从+4价降为0价,每生成1 mol Si,得到4 mol电子,中Si从0价变为+4价,1 mol Si反应失去4 mol电子,C对;工业制纯硅并不是一步完成的,应分步进行,D错。【答案】D5. 【解析】“汉紫”能稳定存在至今,说明其性质稳定,不易退色;据Cu为+2价,Ba为+2价,Si为+4价,氧为-2价,可知x=6,C项错误。【答案】C6. 【解析】二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键，故硅原
