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1、第四章元素与材料世界第四章元素与材料世界第第1 1讲硅无机非金属材料讲硅无机非金属材料考纲导向考纲导向热点导学热点导学1.1.了解硅元素了解硅元素单质及其重要化合物的主及其重要化合物的主要性要性质及及应用。用。2.2.了解硅元素了解硅元素单质及其重要化合物及其重要化合物对环境境质量的影响。量的影响。1.1.硅及其化合物的性硅及其化合物的性质。2.2.硅及其化合物的制硅及其化合物的制备。3.3.新型无机非金属材料。新型无机非金属材料。考点突破考点突破基础梳理基础梳理课堂演练课堂演练基础梳理基础梳理 抓主干抓主干 固双基固双基知识梳理知识梳理一、硅单质与半导体材料一、硅单质与半导体材料1.1.硅元
2、素硅元素(1)(1)存在形态存在形态: :在自然界中以在自然界中以 态形式存在。态形式存在。(2)(2)含量含量: :在地壳中的含量仅次于氧在地壳中的含量仅次于氧, ,居第二位。居第二位。2.2.单质硅单质硅(1)(1)同素异形体同素异形体: : 和无定形硅。和无定形硅。(2)(2)物理性质物理性质: :晶体硅是晶体硅是 色、有金属光泽、硬而脆的固体。色、有金属光泽、硬而脆的固体。化合化合晶体硅晶体硅灰黑灰黑(4)(4)制备与提纯制备与提纯(3)(3)化学性质化学性质(5)(5)用途用途: :做做 材料、制合金。材料、制合金。半导体半导体【断一断】【断一断】 (1) (1)单质硅是将太阳能转变
3、为电能的常用材料。单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( () )(2)(2)单质硅常用做半导体材料和光导纤维。单质硅常用做半导体材料和光导纤维。( () )(3)(3)常温下常温下, ,单质硅不与任何酸反应。单质硅不与任何酸反应。( () )(4)(4)碳单质的还原性大于硅单质。碳单质的还原性大于硅单质。( () )(5)(5)硅单质能与强碱溶液反应置换出硅单质能与强碱溶液反应置换出H H2 2。( () )(6)(6)硅单质不存在同素异形体。硅单质不存在同素异形体。( () )答案答案: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(6)(6)二、二氧化硅与光导纤维二、
4、二氧化硅与光导纤维1.1.存在存在在自然界中主要存在在自然界中主要存在: :沙子、石英、水晶。沙子、石英、水晶。2.2.物理性质物理性质: :熔点熔点 , ,硬度硬度 。高高大大3.3.化学性质化学性质4.4.用途用途制造电子部件、光学仪器、光导纤维制造电子部件、光学仪器、光导纤维, ,生产水泥、玻璃等。生产水泥、玻璃等。【想一想】【想一想】 有人认为有人认为SiOSiO2 2既能与酸反应又能与碱反应既能与酸反应又能与碱反应, ,所以认为它是一种所以认为它是一种两性氧化物两性氧化物, ,你同意这种看法吗你同意这种看法吗? ?答案答案: :不同意。因为不同意。因为SiOSiO2 2只与氢氟酸反应
5、只与氢氟酸反应, ,并且生成的物质也不是盐并且生成的物质也不是盐, ,这是这是氢氟酸的特性氢氟酸的特性, ,与其他的酸不反应与其他的酸不反应,SiO,SiO2 2是一种酸性氧化物。是一种酸性氧化物。三、硅酸盐与无机非金属材料三、硅酸盐与无机非金属材料1.1.硅酸硅酸(H(H2 2SiOSiO3 3) )硅酸硅酸 溶于水溶于水, ,酸性比酸性比H H2 2COCO3 3 , ,受热易分解。受热易分解。2.2.硅酸盐硅酸盐(1)(1)表示方法表示方法硅酸盐矿物的成分复杂硅酸盐矿物的成分复杂, ,多用氧化物的形式表示它们的组成多用氧化物的形式表示它们的组成, ,如硅酸钠如硅酸钠(Na(Na2 2Si
6、OSiO3 3) )写成写成NaNa2 2OSiOOSiO2 2, ,钾云母钾云母(KH(KH2 2AlAl3 3SiSi3 3O O1212) )写成写成 。(2)(2)硅酸盐制品的性质硅酸盐制品的性质化学性质稳定化学性质稳定, ,熔点熔点 , ,大都难溶于水大都难溶于水(Na(Na2 2SiOSiO3 3等例外等例外) )。难难弱弱K K2 2O3AlO3Al2 2O O3 36SiO6SiO2 22H2H2 2O O较高较高纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英 4.4.新型无机非金属材料新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷。如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷。【练一练】【
7、练一练】 下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( () )A.A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B.B.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点C.C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点优点D.D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐D D自主整理自主
8、整理1.1.两种物质用途两种物质用途: :硅用于制作芯片硅用于制作芯片, ,二氧化硅用于制作光纤。二氧化硅用于制作光纤。2.2.四大特殊反应四大特殊反应(1)(1)非金属硅与强碱反应生成氢气非金属硅与强碱反应生成氢气; ;(2)(2)非金属硅与氢氟酸反应生成氢气非金属硅与氢氟酸反应生成氢气; ;(3)(3)酸性氧化物二氧化硅与氢氟酸反应酸性氧化物二氧化硅与氢氟酸反应; ;(4)(4)碳与二氧化硅高温下反应制粗硅生成一氧化碳。碳与二氧化硅高温下反应制粗硅生成一氧化碳。3.3.三种传统硅酸盐材料三种传统硅酸盐材料: :水泥、玻璃、陶瓷。水泥、玻璃、陶瓷。考点突破考点突破 解疑难解疑难 提知能提知能
9、考点考点典例引领典例引领硅及其化合物的特性、硅及其化合物的特性、CO2与与SiO2的比较的比较判断正误判断正误( (正确的打正确的打“”,“”,错误的打错误的打“”):“”):(1)(1)(2014(2014年海南化学年海南化学) )SiSi和和SiOSiO2 2都用于制造光导纤维。都用于制造光导纤维。( () )(2)(2)(2014(2014年海南化学年海南化学) )玻璃容器可长期盛放各种酸。玻璃容器可长期盛放各种酸。( () )(3)(3)(2014(2014年江苏化学年江苏化学) )晶体硅熔点高、硬度大晶体硅熔点高、硬度大, ,可用于制作半导体材料。可用于制作半导体材料。( () )(
10、4)(4)(2013(2013年广东理综年广东理综) )高温下用焦炭还原高温下用焦炭还原SiOSiO2 2制取粗硅。制取粗硅。( () )(5)(5)(2013(2013年广东理综年广东理综) )SiOSiO2 2可与可与HFHF反应反应, ,因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。( () )答案答案: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)归纳总结归纳总结【特别提示】【特别提示】 与强碱溶液反应生成与强碱溶液反应生成H H2 2的固体单质有的固体单质有AlAl和和Si(Si(不考虑不考虑NaNa等等与水反应的活泼金属与水反应的活泼金属),),高温
11、条件下能够从水中置换出氢气的非金属单质高温条件下能够从水中置换出氢气的非金属单质为为C,C,这些特征反应常作为推断题的突破口。这些特征反应常作为推断题的突破口。跟踪训练跟踪训练下列说法不正确的是下列说法不正确的是( ( ) )A.A.(2014(2014年天津理综年天津理综) )NHNH4 4F F水溶液中含有水溶液中含有HF,HF,因此因此NHNH4 4F F溶液不能存放于玻璃溶液不能存放于玻璃试剂瓶中试剂瓶中B.B.(2014(2014年四川理综年四川理综) )硅胶可作袋装食品的干燥剂硅胶可作袋装食品的干燥剂C.C.(2012(2012年广东理综年广东理综) )SiOSiO2 2有导电性有
12、导电性, ,所以所以SiOSiO2 2可用于制备光导纤维可用于制备光导纤维D.D.(2012(2012年新课标全国理综年新课标全国理综) )单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料C C课堂演练课堂演练 试身手试身手 强素能强素能基础题组基础题组1.(20151.(2015山西阳泉质检山西阳泉质检) )英国两位科学家因在石墨烯材料领域有卓越研英国两位科学家因在石墨烯材料领域有卓越研究而获得诺贝尔奖。科学家预测究而获得诺贝尔奖。科学家预测, ,该材料有可能代替晶体硅在电子工业的该材料有可能代替晶体硅在电子工业的地位地位, ,从而引发电子工业的新革命。目前晶体硅在电
13、子工业中的作用是从而引发电子工业的新革命。目前晶体硅在电子工业中的作用是( ( ) )A.A.制光导纤维制光导纤维B.B.制耐高温材料制耐高温材料C.C.做半导体做半导体D.D.制光学仪器制光学仪器C C2.2.二氧化硅二氧化硅(SiO(SiO2 2) )又称硅石又称硅石, ,是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确的是的是( ( ) )A.SiOA.SiO2 2既能与既能与HFHF反应反应, ,又能与又能与NaOHNaOH反应反应, ,属于两性氧化物属于两性氧化物B.B.玛瑙和红宝石的主要成分都是玛瑙和红宝石的主要成分都是SiOSiO2 2,SiO
14、,SiO2 2和和SiSi都是制造半导体的材料都是制造半导体的材料C.C.高温下高温下SiOSiO2 2能与能与NaNa2 2COCO3 3反应放出反应放出COCO2 2, ,说明说明H H2 2SiOSiO3 3的酸性强于的酸性强于H H2 2COCO3 3D.NaD.Na2 2SiOSiO3 3溶液中加入盐酸可制备硅酸胶体溶液中加入盐酸可制备硅酸胶体D D3.(20153.(2015湖北八校联考湖北八校联考) )下列关于材料的说法不正确的是下列关于材料的说法不正确的是( ( ) )A.A.太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界位置太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属与非
15、金属的交界位置B.B.二氧化硅可用做光导纤维二氧化硅可用做光导纤维C.C.石英玻璃耐强酸强碱石英玻璃耐强酸强碱, ,可用来制造化学仪器可用来制造化学仪器D.SiD.Si3 3N N4 4是一种新型无机非金属材料是一种新型无机非金属材料, ,可用于制造发动机可用于制造发动机C C答案答案: :ACEACEDEDEBBEEAEAE高考题组高考题组1.1.下列关于碳、硅及下列关于碳、硅及SiOSiO2 2说法中正确的是说法中正确的是( ( ) )A.A.(2013(2013年福建理综年福建理综) )石英只能用于生产光导纤维石英只能用于生产光导纤维B.B.(2013(2013年浙江理综年浙江理综) )
16、碳有多种同素异形体碳有多种同素异形体, ,而氧不存在同素异形体而氧不存在同素异形体C.C.(2012(2012年天津理综年天津理综) )二氧化硅与酸碱均不反应二氧化硅与酸碱均不反应D.D.(2011(2011年山东理综年山东理综) )硅在自然界中只以化合态的形式存在硅在自然界中只以化合态的形式存在D D2.(20132.(2013年海南化学年海南化学) )硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久, ,在现在现代生活中有广泛应用。回答下列问题代生活中有广泛应用。回答下列问题: :(1)1810(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂
17、、木炭和铁时年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时, ,得到一种得到一种“金属金属”。这种这种“金属金属”可能是可能是 。(2)(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中, ,生产普通玻璃的主要原料有生产普通玻璃的主要原料有 。(3)(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线。其中一种工艺流程示意图及主要反应如下硅有多种技术路线。其中一种工艺流程示意图及主要反应如下: :用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅用石英砂和
18、焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅, ,该反应的化学该反应的化学方程式为方程式为; ;碳化硅又称碳化硅又称, ,其晶体其晶体结构与结构与相似。相似。在流化床反应的产物中在流化床反应的产物中,SiHCl,SiHCl3 3大约占大约占85%,85%,还有还有SiClSiCl4 4、SiHSiH2 2ClCl2 2、SiHSiH3 3ClCl等等, ,有关物质的沸点数据如下表有关物质的沸点数据如下表, ,提纯提纯SiHClSiHCl3 3的主要工艺操作依次是沉降、的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和冷凝和。SiHClSiHCl3 3极易水解极易水解, ,其完全水解的产物为其完全水解的产物为。(4)(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料, ,这些原料是这些原料是。物物质SiSiSiClSiCl4 4SiHClSiHCl3 3SiHSiH2 2ClCl2 2SiHSiH3 3ClClHClHClSiHSiH4 4沸点沸点/2 3552 35557.657.631.831.88.28.2-30.4-30.4-84.9-84.9-111.9-111.9答案答案: :(1)(1)含有硅、碳的铁合金含有硅、碳的铁合金( (或硅铁或硅铁) )(2)(2)石英砂、纯碱和石灰石石英砂、纯碱和石灰石(4)H(4)H2 2、HClHCl
