1、第1讲 无机非金属材料的主角硅,一、硅 1在自然界中的存在 (1)存在形态：只有 ，在地壳中的含量居第 位。 (2)硅有两种同素异形体： 。 (3)硅的重要用途：是良好的 材料。,化合态,二,晶体硅和无定形硅,半导体,2化学性质,二、二氧化硅 1物理性质： 溶于水的固体，熔沸点 ，硬度 。 2化学性质,不,高,大,3用途 制造 、石英坩埚、饰物等。,光导纤维,1有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应，所以认为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？ 【提示】 该看法是错误的。SiO2和碱溶液反应体现了SiO2为酸性氧化物的性质，但SiO2与氢氟酸反应时并没有生成盐，另外其他酸难与SiO2反应，
2、故SiO2不具备两性氧化物的性质，不属于两性氧化物。,三、硅酸和硅酸盐 1硅酸 (1)物理性质： 溶于水。 (2)化学性质 弱酸性比碳酸弱 与NaOH溶液反应的化学方程式为：。 向Na2SiO3溶液中通入CO2的反应方程式为：。,不,H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O,不稳定性 受热分解，反应的化学方程式为：。 用途：硅胶可用作 的载体等。,H2SiO3 SiO2H2O,干燥剂、催化剂,2硅酸盐 (1)由 组成化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 (2)硅酸钠 硅酸钠水溶液俗称 ，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 (3)硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属
3、氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为 ，长石(KAlSi3O8)可表示为,硅、氧和金属元素,水玻璃,Na2OSiO2,2探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程图表示)。 【提示】,四、无机非金属材料 1硅酸盐材料2.特殊功能的含硅物质 (1) 具有金刚石结构，可用作磨料。 (2)含硅元素4%的硅钢具有 性。,黏土、石灰石,纯碱、石灰石、石英,黏土,水泥回转窑,玻璃窑,碳化硅,导磁,1(2009年重庆高考)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是 ( ),【解析】 A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳。 【答案】 A,2(20
4、08年全国卷)对于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 【解析】 A项中SiO2、CO2均为共价化合物，原子间以共价键结合；B项中C、Ge的次外层电子数分别为2、18；C项CO2、SiO2均可与CaO反应生成对应的盐。 【答案】 B,3(2007年广东高考)下列说法正确的是 ( ) A硅材料广泛应用于光纤通讯 B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D
5、粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 【解析】 光纤的主要成分为SiO2；B项，工艺师利用HF刻蚀石英制作艺术品；C项，水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；D项，粗硅制备单晶硅先利用氧化反应即用Cl2氧化粗硅为SiCl4，再利用还原反应即用H2还原SiCl4。 【答案】 A,4(2009年安徽高考)石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如右图所示)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是 ( ) A石墨烯与石墨互为同位素 B0.12 g石墨烯中含6.021022个碳原子 C石墨烯是一种有机物 D石墨烯中碳原子间以共价键结合,【解析】 A项，石墨烯
6、和石墨是同素异形体；B项，0.12 g石墨烯物质的量为0.01 mol，含6.021021个原子，C项错。 【答案】 D,一、硅及其化合物的特性 1非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体是良好的半导体材料。 2Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22C Si2CO。 3非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。 4非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si4HF=SiF42H2。,5酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。 6SiO2是H2SiO3的
7、酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。 7无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。 8H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但高温下，Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2也能发生。,9硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，可用作黏胶剂和木材防火剂，久置在空气中容易变质：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。 【应用指南】 与强碱溶液反应生成H2的固体单质有Al和Si；能够置换出水中氢的非金属单质为C，这些特征反应常做为推断题的突破口。,硅单质及其化
8、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，写出配平的化学方程式 _； H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。,(2)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
9、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。 【思路点拨】 (1)书写SiHCl3与H2O反应的化学方程式，关键要抓住SiHCl3、H2SiO3中Si元素的化合价，从而确定未知生成物。 (2)解答第(3)问时要抓住SiO与NH在水溶液中发生双水解反应回答问题。,【尝试解答】 (1)根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl3与H2反应的化学方程式。 SiHCl3和H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，分析它们化合价的变化可知：
10、 ，而Cl的化合价未发生变化，因此另一种元素即H的化合价必定降低，即另一种物质是H2。,(2)A项，水泥是硅酸盐产品；B项，氮化硅为原子晶体，熔点高，硬度大，可用于制作高温陶瓷或轴承；C项，光导纤维的主要成分就是二氧化硅；D项，普通玻璃无固定熔点；E项，Si不与HCl反应。,【答案】 (1)SiHCl3H2 Si3HCl SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2 氢气与氧气混合，可能引起爆炸；氧气可能氧化SiHCl3 (2)BC (3)现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气体生成 解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，二者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4
11、Cl水解生成NH3，其方程式为SiO 2NH4+=H2SiO32NH3。,【归纳点评】 (1)在书写由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式时，反应条件一定写成1 357 K，而不可随意写成加热或高温。,【拓展训练】 1.有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下变化： C与烧碱溶液反应生成A和水； A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D； B在空气中燃烧生成C； C在高温下与碳酸钙反应生成D和一种气体； C在高温下与碳反应生成单质B。 (1)根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：A_、B_、C_、D_。,(2)写出反应、的化学方程式： _； _。 【解析】 能与烧碱反应的含硅物质有Si
12、、SiO2和H2SiO3，由知A为Na2SiO3；由知D为CaSiO3；由知C为SiO2，发生的反应为SiO2CaCO3 CaSiO3CO2；由知B为Si，发生的反应为SiO22C Si2CO；由验证以上推断合理。,【答案】 (1)Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3 (2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O SiO2CaCO3 CaSiO3CO2,有关化学方程式为： 2NaOHCO2=Na2CO3H2O Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3 因此CO2与NaOH溶液可能发生的反应为： 2NaOHCO2=Na2CO3H2O NaOHCO2=NaHCO3,2与盐溶液的反应 (1
13、)CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3 (2)CO2(少量)Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO (3)CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3,(2009年全国卷)下列叙述中正确的是( ) A向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成 B向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1 2 C等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同 D向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出,【思路点拨】
14、解答本题应抓住以下关键点： (1)碳酸的正盐在水中能与CO2反应。 (2)碳酸的正盐与强酸反应时分步进行。 (3)Na2CO3比NaHCO3溶解度大。,【尝试解答】 A项，CaCO3与CO2、H2O反应生成的Ca(HCO3)2与NaHCO3不反应。B项，向Na2CO3溶液中滴加等物质的量的HCl时，发生反应：CO H=HCO3-，不生成CO2。C项，等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应时，NaHCO3产生的CO2多。D项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2时发生反应：Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，反应中消耗H2O，且生成的NaHCO3溶解度小、质量多，故NaHCO3
15、会结晶析出。 【答案】 D,【规律方法】 CO2通入一定量NaOH溶液中，充分反应后溶质成分的判断：,【拓展训练】 2.向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(0 ，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图象正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计) ( ),【解析】 当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol OH；当通入2.24 L CO2气体时，发生反应CO22OHBa2=BaCO3H2O，
16、此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol OH；,【答案】 C,1下列物品或设备：水泥路桥 门窗玻璃 水晶镜片 石英钟表 玛瑙手镯 硅太阳能电池 光导纤维 计算机芯片 所用材料为SiO2或要用到SiO2的是 ( ) A B C D全部,【解析】 硅太阳能电池用到的材料为晶体硅。 【答案】 C,2(2010年聊城质检)下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是 ( ) ASiO2Si BCO2C CSiO2H2SiO3 DSiNa2SiO3 【解析】 A项 ，SiO22C Si2CO；B项，CO22Mg 2MgOC；C项，SiO2不能与水反应生成H2SiO3，更无法与其他物质
17、反应生成H2SiO3；D项，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。 【答案】 C,3下列离子方程式不正确的是 ( )【解析】 C的正确离子方程式为：HCO3-Ca2OH=CaCO3H2O。 【答案】 C,4北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉璧由昆仑玉制成，昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为 ( ) ACaOMgOSiO2H2O B2CaO5MgO8SiO2H2O C2CaOMgOSiO22H2O D5CaO2MgO8SiO2H2O 【答案】 B,5将过量的CO2分别通入CaCl2溶液；Na2SiO3溶液； Ca(OH)
18、2溶液；饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是 ( ) A B C D,【解析】 CO2溶于水：CO2H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(一般弱酸不能制强酸)；过量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量：Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小
19、而结晶析出。 【答案】 B,6实验室可用右图所示装置将CO2和CO进行分离和干燥，已知a、b均为活塞，试回答下列各题。 (1)甲瓶中装的是_，乙瓶中装的是_，分液漏斗中盛放的是_。 (2)当CO2和CO的混合气体通过该装置时，先分离得到的是_，活塞操作为_；然后得到的是_，活塞操作为_。,【答案】 (1)NaOH 浓H2SO4 稀HCl (2)CO 关a开b CO2 开a关b,7在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质。据此填空：,(1)写出各物质的化学式：A_、B_、C_、 D_、E_、F_。 (2)B与a溶液反应的离子方程式：_。 (3)A与a溶液反应的离子方程式：_。,【解析】 本题“突破口”是C中加入过量HCl产生不溶于盐酸的白色沉淀，推知E可能是硅酸。A可能是Si，代入题目验证，B为SiO2，能和Si和SiO2反应的溶液可能为HF溶液或NaOH溶液，结合题目知a溶液为NaOH溶液，C为Na2SiO3，D为H2O，F为H2。,
