2011年高三高考化学一节无机非金属材料的主角—硅演示文稿

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1、1硅 (1)存在形式 硅在地壳中的含量居第二位，仅次于 硅是一种亲氧元素，在自然界中全部以 存在，且常见的化合态的硅有 和硅酸盐,氧,化合 态,二氧化 硅,(2)原子结构 硅的核电荷数是 ，位于元素周期表中第三周期第 族，其原子结构示意图为 在反应中既不易失去电子，也不易得到电子，主要形成四价的化合物,14, A,(3)物理性质 单质硅有晶体和 两种其中晶体硅是 、 光泽、脆而硬的固体，结构类似于 ，熔点 ，硬度 、有脆性，是良好的 材料 (4)化学性质 常温下，硅的化学性质不活泼，除F2、氢氟酸和强碱外，不易与其他物质反应硅与NaOH反应的化学方程式为,无定形,灰黑 色,有金 属,有金 属,

2、高,大,半导体,Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2.,加热时，硅能与非金属单质如O2、Cl2等反应硅与O2反应的化学方程式为,(5)工业制法 工业上用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅，发生的化学反应为,将粗硅提纯后，可得到高纯硅,(6)主要用途 硅可用来制造晶体管、集成电路、太阳能电池、硅整流器等，此外，硅合金的用途更广泛，可作变压器铁芯、耐酸设备等,2二氧化硅 (1)存在形态 天然SiO2存在形态有结晶形和无定形，统称 的主要成分都是SiO2. (2)结构 aSiO2晶体的基本结构单元如下图所示，是四面体结构,硅石石英、水晶,b晶体中每个Si原子周围有 氧原子，每个氧原

3、子周围有 Si原子，化学式为 晶体中无SiO2分子 .,4 个,2 个,SiO2,(3)物理性质,无色透明晶体,很大,很大,很高,难溶,(4)化学性质,(5)主要用途 a信息高速公路的骨架 ； b石英坩埚、石英玻璃、石英钟表等； c电子工业的重要部件、光学仪器； d工艺饰品,光导纤维,3硅酸(H2SiO3) (1)物理性质 的白色固体 (2)化学性质 弱酸性：酸性比碳酸 ，与NaOH溶液反应的化学方程式为 . 不稳定性：受热易失水，化学方程式为,难溶于水,弱,H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O,H2SiO3 SiO2H2O,(3)制取,碱性,2NaClH2SiO3,白色沉淀,红,小

4、结：H2SiO3通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得如向Na2SiO3溶液中通入少量CO2发生反应的离子方程式为 (4)用途：“硅胶”可作 、催化剂的载体,干燥剂,4硅酸盐 (1)概念 由 组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分 (2)最简单的硅酸盐 Na2SiO3：溶于水，水溶液俗称 ，是制备硅胶和木材防火剂的原料,硅、氧和金属,水玻璃,(3)组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，表示顺序为：活泼金属的氧化物较活泼金属的氧化物二氧化硅水例如： 硅酸钠(Na2SiO3) ； 普通玻璃(Na2CaSi6O14) .,Na2OSiO2,Na2OCaO6SiO2,(4)硅酸盐的用

5、途 土壤保肥土壤胶体一般带负电，能吸附NH、K. 硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料 硅酸盐制品性质稳定，耐压强度高，硬度大、熔点较高，大都难溶于水,5无机非金属材料 常见的硅酸盐产品陶瓷、玻璃、水泥，它们是使用量最大的无机非金属材料 (1)陶瓷 主要原料为 (2)普通玻璃 主要原料为 、 和,黏土,纯碱,石灰石,石英,(3)水泥 主要原料为 和 (4)特殊功能的含硅物质 金刚砂(化学式为SiC) 硅钢 硅橡胶 分子筛,黏土,石灰石,(5)新型无机非金属材料 新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，还具有一些特殊的结构和特殊功能，如高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷等,1在浓

6、硝酸 水 王水 氢氟酸 氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅起化学反应的有( ) A B C D 解析：二氧化硅是酸性氧化物，能与碱溶液发生反应，不与硝酸、盐酸等酸发生反应，但能与氢氟酸发生反应；二氧化硅不溶于水，也不与水反应 答案：C,2常温下二氧化硅是很坚硬的固体而二氧化碳是气体的原因是 ( ) A硅的非金属性比碳弱 B硅具有一定的非金属性而碳是典型的非金属 C二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧结合的化学键的种类不同 D二氧化硅是原子晶体，二氧化碳是分子晶体,解析：化合物在常温下的存在状态取决于它们的熔、沸点高低，SiO2和CO2的熔、沸点不同，主要原因在于二者晶体类型的差异 答案：D

7、,3制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上制高纯硅常用以下反应实现：,对上述两个反应的叙述中，错误的是( ) A两个反应都是置换反应 B反应是吸热反应 C两个反应互为可逆反应 D两个反应都是氧化还原反应 解析：是逆向进行的反应，放热反应，必然是吸热反应，进行条件不一样，不能称为可逆反应 答案：C,1碳和硅的比较,2.CO2与SiO2的比较,例题1 对于第A族元素，下列叙述中不正确的是 ( ) ASiO2和CO2中，Si和O、C和O之间都是共价键 BC、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8 CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应 D该族元素的主要化合价是4和2

8、,点拨：解答该题时要先认真分析第A族元素原子结构及CO2、SiO2的成键特点，然后依据结构决定性质来分析，同时还要注意CO2、SiO2性质的共同点和差异 解析：C的次外层电子数为2，Ge的次外层电子数为18，所以B不正确CO2和SiO2都是共价化合物、酸性氧化物，因此A、C正确第A族元素的主要化合价为4价和2价，D正确 答案：B,1下列关于碳和硅的叙述中，正确的是 ( ) A其氧化物都能与NaOH溶液反应 B其单质在加热时都能跟O2反应 C其氧化物都能溶于水生成相应的酸 D碳和硅两种元素共有两种单质 解析：CO不能与NaOH溶液反应；SiO2不能溶于水，也不生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素

9、异形体，硅有晶体硅和无定形硅，所以有多种单质 答案：B,2下列说法中不正确的是 ( ) ASiO2和CO2都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应 BSiO2不能与任何酸发生反应 CSiO2和CO2在一定条件下，均可与CaO发生反应 DSiO2不溶于水，而CO2可与水反应生成H2CO3,解析：SiO2是一种酸性氧化物，但是可与HF溶液发生反应，生成SiF4和H2O. 答案：B,1硅酸及其盐,它们分子间缩水后可得多种复杂的形式因此，硅酸盐的种类多，组成复杂表示它们的组成，往往以氧化物的形式，例如钾云母K2H4Al6Si6O24可写成K2O3Al2O36SiO22H2O. (1)氧化物的顺序：活泼金

10、属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水 (2)氧化物系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数 注意事项：氧化物之间以“”隔开系数配置出现分数应化为整数,2硅酸盐产品,例题2 硅单质及其化合物应用范围很广请回答下列问题： (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：,写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_ 整个制备过程必须严格控制无水无氧SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_,(2)

11、下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母) A碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥 B氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承 C高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维 D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高 E盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅,(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃取少量硅酸钠水溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡写出实验现象并给予解释_ 点拨：解答该题时要理解制备高纯硅的流程中各步反应的原理，同时要注意氧化还原反应、盐类的水解等知识的应用，还要识记常见硅材料的应用及硅酸盐工业,解析：(1)SiHCl3与H2在1357K条件下反应生成

12、Si和HCl，据此可写出相应反应式 SiHCl3和水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一物质，分析它们化合价的变化可知，,而Cl的化合价未发生变化，因此另一元素即H的化合价必降低，即另一物质为H2.H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能会引起爆炸，同时O2可能会氧化SiHCl3. (2)碳化硅、氮化硅为原子晶体，A、B正确；SiO2可用于制造光导纤维，C正确；玻璃是一种玻璃态物质，无固定的熔点盐酸不能与硅反应，而HCl在573K以上的温度下可与硅发生反应，因此D、E均不正确 (3)Na2SiO3与NH4Cl水解互相促进，生成H2SiO3沉淀和NH3.,SiHCl33H2O=H2SiO33

13、HClH2 氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3 (2)BC (3)现象：试管中有白色絮状沉淀生成，并且有刺激性气体生成 解释：Na2SiO3和NH4Cl均能水解，二者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解产生NH3,(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式： KAlSi3O8_. Al2Si2O5(OH)4_. (2)这个反应能够发生的原因是_,解析：(1)据硅酸盐改写氧化物的原则可得： KAlSi3O6K2OAl2O36SiO2 Al2Si2O5(OH)4Al2O32SiO22H2O (2)该反应原理为较强酸制取较弱的酸 答案：(1)K2OAl2O3

14、6SiO2 Al2O32SiO22H2O (2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸,方法归纳： 硅酸盐无论以何种形式表示，其组成及成分是固定不变的，即性质是不变的；硅酸盐用氧化物的形式表示时，必须遵循各元素化合价不变的原则.“强制弱”是一个重要规律，可用于解释复分解反应、氧化还原反应等反应的发生原因.,已知SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定的相似性,.用如上图所示装置进行Mg和SO2的实验，其中A是制备SO2的发生装置 (1)选择制取SO2的合适试剂_(填序号) 10%的H2SO4溶液 80%的H2SO4溶液 Na2SO3固体 CaSO4固体,(2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式_ 装置C中NaOH溶液的作用是_ (3)请在图中画出制备SO2的发生装置并注明主要仪器的名称，固定仪器省略不画 (4)你认为该装置不足之处是什么？_.,.某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应 金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐与SiH4 Si和SiO2均不与稀H2SO4反应 SiH4在空气中自燃,他们在研究报告中记载着：“选用合适的物质在适宜的条件下充分反应，再用足量稀硫酸