《高三化学一轮 第7章 碳族元素 无机非金属材料第二节 硅、二氧化硅 无机非金属材料课件 大纲人教》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三化学一轮 第7章 碳族元素 无机非金属材料第二节 硅、二氧化硅 无机非金属材料课件 大纲人教（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节硅、二氧化硅无机非金属材料,1掌握硅及其重要化合物的性质和用途。 2初步了解硅、SiO2晶体结构及性质关系。 3了解SiO2粉末对环境及人类健康的影响。 4了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特征及应用。,一、硅及其化合物 1硅 硅全部以 形式存在于地壳中，是构成 的主要元素。 (1)硅晶体的结构及主要物理性质 结构： 原子晶体。 主要物理性质： 晶体，有金属光泽、硬度 、熔、沸点 。,化合态,矿物和岩石,正四面体型空间网状,灰黑色,大,高,(2)主要化学性质 常温下与F2、HF、强碱反应，加热下与O2等反应，反应式分别为：,Si2F2=SiF4,Si4HF=SiF42H2,Si2NaO
2、HH2O=Na2SiO32H2,(3)高纯硅的制取，反应式分别为： 制粗硅： 提纯(与Cl2反应)： 还原(用H2还原)：,2二氧化硅 (1)晶体结构：空间网状结构的原子晶体，1个硅原子跟 个氧原子结合成 个共价键，每个氧原子跟 个硅原子相结合，晶体中硅、氧原子个数比为 ，SiO2是化学式，并不是分子式，1 mol SiO2含有 mol SiO键。,12,4,4,2,4,(2)化学性质 SiO2是不溶于水的 氧化物。 可与HF作用(氢氟酸雕刻玻璃)： 与NaOH作用(盛放碱性溶液的试剂瓶不能用磨砂玻璃塞)： 高温下与Na2CO3、CaCO3反应：,酸性,SiO24HF=SiF42H2O,SiO
3、22NaOH=Na2SiO3H2O,3硅酸与硅酸盐 (1)硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸 Na2SiO3CO2H2O= ， Na2SiO32HCl= 。,Na2CO3H2SiO3,2NaClH2SiO3,(2)硅酸盐 常用的硅酸盐是Na2SiO3，俗称“ ”，易溶于水，其水溶液叫做水玻璃，是一种 胶，显碱性，易吸收空气中的CO2生成硅酸，因而需 保存。 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示其组成。表示顺序一般为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。 例如：硅酸钠Na2SiO3：Na2OSiO2；钙沸石CaAl2Si3O103H2O： 。,泡花碱,
4、矿物,密封,CaOAl2O33SiO23H2O,【自我检测】 A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。,请填空： (1)形成单质A的原子的结构示意图为_， 它的最高化合价为_。 (2)B的化学式(分子式)为_，B的晶体类型为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_。 (3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。 答案：(1) 4价(2)SiO2原子晶体SiO22C Si2CO(3)CaSiO3Na2SiO3,二、无机非金属材料 1硅酸盐工业 以含硅物质为原料， 制成硅酸盐产品的工业叫做
5、硅酸盐工业。它包括水泥、玻璃、陶瓷等常见材料。 (1)水泥：普通水泥生产的主要原料： 。水泥的成分是： 。水泥具有 性，石膏作用是： 。,含硅,石灰石、黏土、石膏,3CaOSiO2,2CaOSiO2,3CaOAl2O3,调节水泥的硬化速度,水硬,(2)玻璃 普通玻璃的生产原料是：。 主要化学反应是： 普通玻璃的成分以氧化物形式表示为Na2OCaO6SiO2。 普通玻璃的特点是加热后在一定温度范围内，即无熔、沸点。 特种玻璃：钢化玻璃的成分同于。 蓝玻璃的成分是加入普通玻璃。 红玻璃的成分是加入普通玻璃。 石英玻璃的成分是，不同于普通玻璃。,纯碱、石灰石和石英,熔化,固定,普通玻璃,Co2O3,
6、Cu2O,SiO2,(3)陶瓷 陶瓷生产的主要原料是。 我国的陶都是，瓷都是。,黏土,宜兴,景德镇,2新型无机非金属材料 (1)新型无机非金属材料的特点及用途,高温,高,电学,光学,生物,(2)种类 高温结构陶瓷：如陶瓷、陶瓷。 光导纤维：传导的能力强。制取光导纤维的主要原料是。,氧化铝,氮化硅,光,SiO2,【自我检测】 (1)矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用时的过程。例如，钾长石(KAlSi3O8)风化生成黏土Al2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为2KAlSi3O82H2CO35H2O=2K4H2SiO3Al2Si2
7、O5(OH)4。 将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式： KAlSi3O8_， Al2Si2O5(OH)4_。 这个反应能够发生的原因是_。,(2)用高岭土(主要成分是Al2O32SiO22H2O，并含有少量的CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)，其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融。冷却后，用水浸取熔块，过滤，弃去残渣。滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。 写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式(Al2O3与纯碱反应和SiO2与纯碱的反应相似)：_。 实验中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在熔融土样时，应选用_坩埚。,答案：(1)K2OAl
8、2O36SiO2Al2O32SiO22H2O 碳酸的酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸 (2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2 Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2铁,(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22CSi2CO (2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却能放出H2： Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 (3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用： Si4HF=SiF42H2 (4)非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。,(5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
9、(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。 (7)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用： SiO24HF=SiF42H2O (8)无机酸一般易溶于水，H2SiO3却难溶于水。 (9)因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应： Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3， 但在高温下Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2也能发生。 (10)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠又称泡 花碱，但它却是盐，并不是碱。,常见非金属置换出非金属的反应：,2H2SiCl4Si4HCl C
10、H2O(g)COH2 2CSiO2Si2CO Si4HF=SiF42H2 O22H2S2S2H2O 2F22H2O=4HFO2 Cl22NaBr=2NaClBr2 Br22KI=2KBrI2,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： 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2 SiHCl3与过量H2在1 0001 100 反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。,请回答下列问题： (1)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。 (2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 )中
11、含有少量SiCl4(沸点57.6 )和HCl(沸点84.7 )，提纯SiHCl3采用的方法为_。 (3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置略去)：,装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。 反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_，装置D中发生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置的气密性，控制好反应温度以及_。 为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是_。 a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液 eNa2SO3溶液
12、,解析：本题是制取高纯硅的实验，反应原理是：Si3HClSiHCl3H2，SiHCl3H2Si3HCl。因此要先制取H2，由题中信息知，SiHCl3与H2O强烈反应，且在空气中自燃，因此实验中要除去H2O，故B装置为干燥装置，实验成功还得要排净装置中的空气，又由于SiHCl3与H2需要在1 0001 100 间的高温下反应，故D用耐高温的石英管，同时还要把SiHCl3和H2通入到D中，据题中信息SiHCl3的沸点较低，故C用热水加热可以使SiHCl3挥发到D中。,答案：(1)SiO22CSi2CO(2)分馏(蒸馏) (3)浓H2SO4使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 有固体物质生成在反应温度下普
13、通玻璃会软化 SiHCl3H2Si3HCl 排尽装置中的空气bd,变式训练1.(2011江苏徐州)我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。由于三氯氢硅氢还原法具有一定优点，被广泛应用。其简化的工艺流程如下图所示：,(1)制备三氯氢硅的反应为：Si(s)3HCl(g)=SiHCl3(g)H2(g)；H210 kJmol1。 伴随的副反应有：Si(s)4HCl(g)=SiCl4(g)2H2(g)；H241 kJmol1。SiCl4在一定条件下与H2反应可转化为SiHCl3，反应的热化学方程式为SiCl4(g)H2(g)=SiHCl3(g)HCl(g)；H_。 (2
14、)由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式为_。该生产工艺中可以循环使用的物质是_(至少写出两种)。,(3)由于SiH4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅很有发展潜力的方法。工业上广泛采用的合成硅烷方法是让硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，化学方程式是_；整个制备过程必须严格控制无水，否则反应将不能生成硅烷，而是生成硅酸和氢气等，其化学方程式为_； 整个系统还必须与氧隔绝，其原因是_。,解析：(1)根据盖斯定律，将第二个热化学方程式跟第一个相减(左减左、右减右、H2减H1)即得。(2)、(3)涉及化学方程式书写，较为容易。把握好整个过程的还原意识、守恒原则、环保理念。 答案：(1)31 kJmol1 (2)SiHCl3H2 Si3HClHCl、H2、SiHCl3、SiCl4等 (3)Mg2Si4NH4Cl=SiH42MgCl24NH3Mg2Si4NH4Cl3H2O=2MgCl2H2SiO34NH34H2由于硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸(或其他合理答案),(1)传统硅酸盐工业简介,(2)两种新型无机非金属材料 高温结构陶瓷 a高温结构陶瓷的优点：能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。 b高温结构陶瓷的种类 氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩 埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。 氮化硅陶瓷：具
