1、第四单元 材料家族中的元素,第1节 硅 无机非金属材料,考纲要求:1.了解硅元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。(宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想) 2.了解硅元素的重要化合物对环境的影响。(证据推理与模型认知),-4-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,硅单质及其氧化物的性质和用途 1.硅原子的结构、单质的物理性质与用途,化合态,高,大,半导体,-5-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.硅单质的化学性质,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,-6-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.二氧化硅
2、,Na2SiO3+H2O,Na2SiO3+CO2,CaSiO3+CO2,CaSiO3,光导纤维,-7-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.自然界中有硅的单质吗?,提示 没有,因为硅有很强的亲氧性,在地壳中硅与氧易结合,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形成存在。,2.从元素周期表的位置看,硅的还原性比碳强,但碳能与SiO2反应制取Si,试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。,提示 2C+SiO2 Si+2CO,由于CO气体的逸出,促使反应正向进行。,-8-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是( )
3、 A.CO2、SiO2都能与强碱及碱性氧化物反应 B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C.SiO2可用来制作干燥剂,因SiO2可与水反应 D.CO2和SiO2都是由相应的分子构成的,A,解析 CO2、SiO2都是酸性氧化物,都能与强碱及碱性氧化物反应,故A正确;SiO2不溶于水,也不能和水反应生成硅酸,B不正确;硅胶可用作干燥剂,但SiO2不与水反应,C不正确;CO2是由分子构成的,SiO2是由Si、O原子直接构成的,D不正确。,-9-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向1 硅及其氧化物的性质和用途 例1(2019重庆一中月考)下列说法中不正确的是 ( ) A.
4、石墨可导电,在一定条件下可与SiO2反应 B.二氧化硅是硅酸的酸酐,但不可以用二氧化硅和水直接反应来制取硅酸 C.硅的化学性质不活泼,但在常温下也可和某些物质反应 D.碳、硅的氧化物均能与NaOH溶液反应,D,解析 A、B项正确;硅常温下能与氢氟酸反应,C项正确;CO不溶于水,不能和H2O反应生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应,D项错误。,-10-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结硅及其氧化物的特性,-11-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-12-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2019四川成都质检)下列有
5、关硅及其氧化物的说法正确的是( ) A.自然界里存在大量的单质硅和二氧化硅 B.SiO2中含Al2O3杂质,可加入足量NaOH溶液然后过滤除去 C.二氧化硅是制造光导纤维的材料 D.二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是两性氧化物,C,解析 硅在自然界中以化合态形式存在,多以硅酸盐或二氧化硅的形式存在于岩石、矿物中,A项错误;SiO2、Al2O3均能与NaOH溶液反应,应加入稀盐酸后过滤,B项错误;二氧化硅是制造光导纤维的材料,C项正确;SiO2与氢氟酸的反应不能说明SiO2属于两性氧化物,因为SiO2与一般的酸不反应,D项错误。,-13-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关
6、键能力考向突破,考向2 硅的制备 例2(2019湖北武汉重点中学联考)硅材料是微电子工业和太阳能发电的基础材料,以二氧化硅为原料制备纯硅的方法主要有热还原法和熔融盐电解法等。 (1)非金属热还原法:工业上以石英砂(含SiO2)、焦炭为原料,高温熔炼制得工业硅。流程如下:卤素(X2)都能与Si反应生成SiX4,从原子结构角度解释原因: 。 中事实不能作为“碳的非金属性比硅强”的证据,理由是 。,-14-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)金属热还原法:实验室中可将金属镁与足量二氧化硅的微细粉末混合加热而制得硅。流程如下:中发生反应的化学方程式为 。 已知:.Si在常温下很
7、难被氢氟酸腐蚀。 .MgF2(氟化镁)难溶于水和氢氟酸。 请设计中分离提纯的实验: (按上图形式呈现)。,-15-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)熔融盐电解法:采用CaCl2为熔融盐体系,由SiO2直接电解制得纯硅。装置图如下:判断N为电源正极的理由是 。 制得硅的电极反应式为 。,-16-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答案 (1)硅原子最外层有4个电子,卤素原子最外层有7个电子 该反应中C表现还原性(答案合理即可) (2)SiO2+2Mg 2MgO+Si (3)石墨电极上O2-失电子生成O2 SiO2+4e-=Si+2O2-,-17-,考点
8、一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,解析 (1)卤素原子最外层有7个电子,硅原子最外层有4个电子,故每个硅原子可以和4个卤素原子形成共价键;比较元素的非金属性可以利用其单质的氧化性,而在反应中C表现还原性。(2)由转化关系可知Mg与SiO2的反应为置换反应;所得的粗硅中含有Si、SiO2、MgO,可以先利用盐酸除去MgO,再在常温下加入氢氟酸除去SiO2,从而得到纯硅。(3)O2-在石墨电极上失电子生成O2,则石墨电极为阳极,故N为电源的正极;阴极上SiO2得到电子生成单质Si,电极反应式为SiO2+4e-=Si+2O2-。,-18-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向
9、突破,-19-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2019浙江杭州模拟)高纯度晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备:,下列说法正确的是( ) A.步骤的化学方程式为SiO2+C Si+CO2 B.步骤中生成或消耗1 mol Si,转移2 mol电子 C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应 D.SiHCl3(沸点33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ),可通过蒸馏提纯SiHCl3,答案,解析,-20-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,硅酸、硅酸盐和无机
10、非金属材料 1.硅酸,不,弱,Na2CO3+H2SiO3,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,-21-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.硅酸盐 (1)硅酸盐:是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的重要成分。 (2)硅酸盐组成的表示方法: 通常用二氧化硅和金属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 。,Na2OSiO2,K2OAl2O36SiO2,-22-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)硅酸钠: 白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称 ,有黏性
11、,水溶液显碱性。 能与酸性比硅酸强的酸反应: a.与盐酸反应的化学方程式为 。 b.与CO2水溶液反应的化学方程式为 。 用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。,水玻璃,Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3,Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3,-23-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.无机非金属材料的分类,4.常见的硅酸盐产品、制取设备及原料,石灰石,纯碱 石灰石,-24-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,5.新型无机非金属材料,-25-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.实验室中
12、要熔化烧碱固体,现有三种坩埚:石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为应选哪一种?为什么?,提示 选择铁坩埚。铁不与烧碱反应,而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2,能与NaOH反应使得坩埚受损。,-26-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.硅及其化合物在材料领域中应用广泛,下列叙述正确的是( ) A.硅单质是制造玻璃的主要原料 B.CaSiO3可用来制造太阳能电池 C.水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 D.二氧化硅是制造光导纤维的材料,解析 生产玻璃的原料是纯碱、石英和大理石,A项错误;硅单质可用来制造太阳能电池,B项错误;水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二
13、钙、铝酸三钙等,C项错误;制造光导纤维的主要材料是SiO2,D项正确。,D,-27-,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.(2019湖北华科附中月考)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( ) 硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O2FeO3SiO2 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 A. B. C. D.,D,解析 硅酸盐Na2Fe2Si3O10中Fe的化合价是+3价,所以用氧化物的形式表示为Na2OFe2O33SiO2,错误;水晶的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐制品,错误
14、;用于制作光导纤维的材料是二氧化硅,不是硅单质,错误;单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料,正确,所以答案为D。,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考向 硅酸盐的组成、性质以及无机非金属材料 例青石棉(crocidolite)是一种致癌物质,是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一,其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时,还原产物只有NO,下列说法不正确的是( ) A.青石棉是一种硅酸盐产品 B.青石棉中含有一定量的石英晶体 C.青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O D.1 mol青石棉能使1 mol HNO3
15、被还原,答案,解析,-29-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,易错警示氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构,不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。 硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐是硅酸钠,又叫泡花碱,其水溶液称为水玻璃,属于盐溶液。 归纳总结硅酸盐改写成氧化物形式的方法 (1)氧化物的书写顺序:活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。 (2)氧化物前计量数的配置原则:按配置前后原子个数守恒原则配置各氧化物的计量数,并写在相应氧化物前面,且不同氧化物间以“”隔开。写成氧化物后,原化学式中的各元素、原子的个数比应保持不变。 (3)当氧化物计量数出现分数时应化为整数,
16、如钾长石:KAlSi3O8不能写成 K2O Al2O33SiO2,应写成K2OAl2O36SiO2。,-30-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,对点演练 (2019湖南长沙三校联考)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是( ) A.陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐产品 B.水玻璃是纯净物,可用于生产黏合剂和防火剂 C.某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8,可用K2OAl2O36SiO2表示 D.高纯硅可用于制造光导纤维,高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池,C,解析 水晶的主要成分是SiO2不是硅酸盐,A项错误;水玻璃是Na2SiO3溶液,属于混合物,B项错误;
17、C项正确;高纯度的SiO2用于制光导纤维,高纯度的硅用于制太阳能电池,D项错误。,-31-,2,3,4,1,-32-,1,2,3,4,1.下列我国古代优秀艺术作品中,所用材料不属于无机非金属材料的是( ),A,解析 传统无机非金属材料主要包括水泥、玻璃和陶瓷,后母戊鼎所用材料属于金属材料,不属于无机非金属材料,A项符合题意。,-33-,1,2,3,4,A,-34-,1,2,3,4,3.(2019河北正定质检)将足量CO2气体通入水玻璃中,然后加热蒸干,再在高温下充分灼烧,最后得到的固体物质是( ) A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3 C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2,A,-35-,1,2,3,4,4.C、Si是构成无机非金属材料的重要元素。 (1)Si在周期表中的位置为 。 (2)为比较C、Si的非金属性,某同学设计了如下实验:装置中盛放的试剂是 ,装置中发生反应的离子方程式是 。 (3)SiC是一种重要的高温耐磨材料。SiC中,C元素显 (填“正”或“负”)化合价,从原子结构角度解释原因: 。,-36-,1,2,3,4,
