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1、1第第4章材料家族中的元素章材料家族中的元素 第第1节节 硅硅 无机非金属材料第无机非金属材料第1课时课时22.了解二氧化硅的主要性质及其用途；（重点）3.了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能、用途。1.了解硅的主要性质；（重点）很久以前的一个阳光明媚的日子，有一艘腓尼基人的大商很久以前的一个阳光明媚的日子，有一艘腓尼基人的大商船来到地中海沿岸的贝鲁斯河河口的沙洲时便搁浅了。中午到船来到地中海沿岸的贝鲁斯河河口的沙洲时便搁浅了。中午到了，大家用船上装的苏打晶体垒起锅灶，在沙洲上埋锅造饭。了，大家用船上装的苏打晶体垒起锅灶，在沙洲上埋锅造饭。当他们吃完饭收拾餐具时，发现了一个奇妙的现象：只
2、见锅下当他们吃完饭收拾餐具时，发现了一个奇妙的现象：只见锅下沙子上有种东西晶莹发光，十分可爱。大家都不知道这是什么沙子上有种东西晶莹发光，十分可爱。大家都不知道这是什么东西，以为发现了宝贝，就把它收藏了起来。其实，这是在烧东西，以为发现了宝贝，就把它收藏了起来。其实，这是在烧火做饭时，支着锅的苏打块在高温下和地上的石英砂发生了化火做饭时，支着锅的苏打块在高温下和地上的石英砂发生了化学反应，形成了玻璃。你知道玻璃的主要成分是什么吗？工业学反应，形成了玻璃。你知道玻璃的主要成分是什么吗？工业上如何制玻璃？上如何制玻璃？硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上
3、。常见存在物质形式：一、硅存在形态：无游离态，只有化合态二氧化硅和硅酸盐同素异形体晶体硅由同种元素组成的性质不同的单质无定形硅氧48.60%硅26.30%铝7.73%铁4.75%钙3.45%钠2.74%钾2.47%镁2.00%氢0.76%其他1.20%硅元素在地壳中的含量硅元素在地壳中的含量含量仅次于氧观察硅单质的实物图片，总结硅的物理性质1.物理性质颜色颜色状态状态硬度硬度 熔沸点熔沸点导电性导电性灰黑色、有金属光泽固体大高介于导体和绝缘体之间2.化学性质（1）常温下化学性质稳定,不易与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸、盐酸等物质反应,只与强碱、氢氟酸、氟气反应Si+2NaOH+H2O=Na2
4、SiO3+2H2Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2与氢氧化钠与F2与HF(2)加热Si+O2=SiO2（燃烧，放出大量的热）Si+2Cl2=SiCl4 高温（粗硅）SiO2+2C=Si+2CO高温3.硅的工业制法(粗硅)【想一想】粗硅如何提纯?高温 Si+2Cl2=SiCl4高温SiCl4+2H2=Si+4HCl （高纯硅）硅芯片、大规模集成电路及相应的计算机技术都需要有高纯度的硅才能实现，所以需要对粗硅进行提纯（粗硅）最早使用的半导体材料是锗，现在最广泛使用的半导体材料是硅。4.硅的用途（1）硅芯片 半导体材料导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料（2）制集成电路、晶体管、
5、硅整流器等半导体材料。（3）含硅4%的钢可制变压器铁芯。（4）含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备。太阳能电池电脑的中央处理器（CPU）硅光电池大规模集成电路硅石硅矿山二、二氧化硅1.二氧化硅的存在硅石(天然)结晶形无定形在自然界主要存在于水晶、石英和沙子等物质中纯净的二氧化硅俗称水晶2.物理性质颜颜色色熔点熔点硬度硬度溶解性溶解性导电导电性性无色高大不溶于水不导电与烧碱溶液反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3 高温（1）酸性氧化物3.化学性质与氧化钙反应（2）与碳酸盐反应SiO2+Na2CO3=CO2+Na2SiO3高温SiO2+CaCO3=CO2
6、+CaSiO3高温（3）不与酸反应（除氢氟酸以外）SiO2+4HF=SiF4+2H2O（4）弱氧化性SiO2+2C=Si+2CO高温二氧化碳二氧化碳 COCO2 2二氧化硅二氧化硅 SiOSiO2 2物质分类物质分类与碱性氧化物与碱性氧化物反应反应与碱反应与碱反应与水反应与水反应与与HFHF反应反应 均属于酸性氧化物CO2+CaO=CaCO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+H2O=H2CO3不反应不反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O二氧化硅与二氧化碳的区别和联系CaO+SiO2=CaSiO3高温【思考与交流】二、二氧化硅的性质及
7、其与二氧化碳的比较1.具有酸性氧化物的通性(1)与氢氧化钠溶液反应,反应方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(2)与碱性氧化物反应,反应方程式为SiO2+CaO CaSiO32.SiO2的特性(1)SiO2不溶于水,也不与水反应,不能直接将它与水反应来制取H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但SiO2的熔、沸点很高。(3)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:SiO2+4HF=SiF4+2H2O。3.二氧化碳与二氧化硅的比较二氧化碳与二氧化硅的比较二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅存在存在空气中空气中岩石中岩石中,硅石、石英、水晶、硅石、石英、水晶、硅
8、藻土中都含硅藻土中都含SiOSiO2 2物理性物理性质熔、沸点低熔、沸点低,常温常温时是气体是气体,微溶于水微溶于水坚硬硬难熔的固体熔的固体,不溶于水不溶于水二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化化学学性性质质 与碳与碳COCO2 2+C 2CO+C 2COSiOSiO2 2+2C+2C Si+2COSi+2COSiOSiO2 2+3C+3C SiC+2COSiC+2CO与水与水COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3不反不反应与酸与酸不反不反应SiOSiO2 2+4HF+4HF=SiFSiF4 4+2H+2H2 2O O与与NaOHNaOH溶液溶液COCO2 2(少量少量)+
9、2NaOH)+2NaOH =NaNa2 2COCO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O与与CaOCaOCOCO2 2+CaO=CaCO+CaO=CaCO3 3SiOSiO2 2+CaO CaSiO+CaO CaSiO3 31.实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？【提示】防止玻璃塞中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起 （SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O）。【思考与交流】2.为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸?那用什么瓶保存?为什么能
10、用氢氟酸来刻蚀玻璃？【提示】原因是玻璃中含有SiO2会与HF反应生成SiF4气体用塑料瓶盛装氢氟酸。SiO2+4HF=SiF4 +2H2O【学而后思】(1)实验室中熔化室中熔化氢氧化氧化钠固体能否用玻璃坩固体能否用玻璃坩埚?提示提示:不能。玻璃坩埚的主要成分为二氧化硅不能。玻璃坩埚的主要成分为二氧化硅,氢氧化钠能与氢氧化钠能与二氧化硅反应二氧化硅反应,所以熔化氢氧化钠固体不能用玻璃坩埚。所以熔化氢氧化钠固体不能用玻璃坩埚。(2)根据反根据反应SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2能否能否说明硅酸酸明硅酸酸性比碳酸性比碳酸强强?提示提示:不能。酸性强弱的判断应根据水溶液中发生的反应不能。
11、酸性强弱的判断应根据水溶液中发生的反应,硅硅酸酸性比碳酸弱。酸酸性比碳酸弱。雕刻玻璃4.用途(1)沙子是基本的建筑材料。(2)纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。(3)石英和玛瑙制作饰物和工艺品。硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，硅酸盐是结构复杂的固态化合物，一般都不溶于水。1.含义三、硅酸盐2.硅酸钠（Na2SiO3）最简单的硅酸盐硅酸的制备硅酸的制备：较强酸和可溶性硅酸盐反应制硅酸2HCl+Na2SiO3+H2O=H4SiO4+2NaClH4SiO4 H2SiO3 SiO2常温分解受热分解材料家族中的元素硅及其化合物硅单质的存在、性质、用途SiO2的
12、性质、用途无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料同步练习同步练习1.下列关于硅及硅的化合物的叙述中正确的是()A.粗硅制备时,发生的反应为C+SiO2 Si+CO2B.硅元素在地壳中的含量居第二位,自然界中既有游离态的硅,又有化合态的硅C.水晶项链和瓷盘都是硅酸盐产品D.二氧化硅是制造光导纤维的重要原料D D2.2.下列关于硅的叙述，不正确的是（下列关于硅的叙述，不正确的是（）A.A.硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体B.B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体
13、材料C.C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应CACAC3.3.（双选）下列关于碳和硅的叙述中，不正确的（双选）下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是（是（）A.A.氧化物都能与氧化物都能与NaOHNaOH溶液反应溶液反应B.B.单质在加热时都能与氧气反应单质在加热时都能与氧气反应C.C.氧化物都能溶于水生成相应的酸氧化物都能溶于水生成相应的酸D.D.常温下，碳和硅的单质化学性质都不活泼常温下，碳和硅的单质化学性质都不活泼A5.5.要除去
14、要除去SiOSiO2 2中的中的CaOCaO杂质，最适宜的试剂（杂质，最适宜的试剂（）A.A.纯碱溶液纯碱溶液 B.B.盐酸盐酸 C.C.硫酸硫酸 D.D.苛性钠溶液苛性钠溶液B4.4.下列物质中属于纯净物的是下列物质中属于纯净物的是()()A.NaA.Na2 2COCO3 310H10H2 2O O B.B.水泥水泥C.C.纯净的盐酸纯净的盐酸 D.D.普通玻璃普通玻璃6.下列下列说法正确的是法正确的是()A.二氧化碳和二氧化硅的物理性二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似相似B.SiO2和和CO2溶于水都溶于水都显酸性酸性C.CO2通入通入Na2SiO3溶液中可制得硅酸溶液中可制得硅酸D.SiO
15、2和和CO2都是酸性氧化物都是酸性氧化物,不与任何酸反不与任何酸反应C C【解题指南】解答本题时应注意以下3点:(1)明确SiO2和CO2物理性质差别较大。(2)掌握常见酸性氧化物化学性质的通性。(3)掌握SiO2的特殊的化学性质。【解析】选选C C。SiOSiO2 2不溶于水不溶于水,与水不反应与水不反应,常温下是固体常温下是固体,硬度较大硬度较大,在物理性在物理性质上与质上与COCO2 2的差别很大的差别很大;SiO;SiO2 2虽然是酸性氧化物虽然是酸性氧化物,与很多酸都不反应与很多酸都不反应,但能和氢但能和氢氟酸反应氟酸反应;由于由于H H2 2COCO3 3的酸性大于的酸性大于H H
16、2 2SiOSiO3 3的酸性的酸性,故把故把COCO2 2通入到通入到NaNa2 2SiOSiO3 3溶液中可溶液中可制得制得H H2 2SiOSiO3 3。7.下列有关下列有关说法正确的是法正确的是()A.CO2与水反与水反应生成碳酸生成碳酸,是酸性氧化物是酸性氧化物;SiO2不能与水反不能与水反应生生成硅酸成硅酸,不是酸性氧化物不是酸性氧化物B.NaOH溶液不能用溶液不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放C.除去二氧化硅中少量的碳酸除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质应选用水用水D.制制备粗硅粗硅时,发生的反生的反应为:C+SiO2 Si+CO2B B【解析】选选B B。A A项
17、项,酸性氧化物是能与碱反应生成盐和水的氧酸性氧化物是能与碱反应生成盐和水的氧化物化物,而不是能与水反应生成酸的氧化物而不是能与水反应生成酸的氧化物,虽然虽然SiOSiO2 2不能与水反不能与水反应生成硅酸应生成硅酸,但但SiOSiO2 2能与能与NaOHNaOH溶液反应生成硅酸钠和水溶液反应生成硅酸钠和水,是酸性是酸性氧化物氧化物,错误错误;B;B项项,玻璃的成分中含大量二氧化硅玻璃的成分中含大量二氧化硅,碱性试剂都碱性试剂都不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放,正确正确;C;C项项,二氧化硅和碳酸二氧化硅和碳酸钙都不溶于水钙都不溶于水,不能用水除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质不能用水除去二氧化硅中少量的碳酸钙杂质,错错误误;D;D项项,粗硅制备时的反应原理是粗硅制备时的反应原理是2C+SiO2C+SiO2 2 Si+2CO,Si+2CO,产产物中生成的是物中生成的是CO,CO,而不是而不是COCO2 2。8.下列各下列各组物物质在一定条件下能在一定条件下能发生反生反应的是的是 ()SiO2+H2OSiO2+HFSiO2+CSiO2+NaOHCaO+SiO2浓硫酸硫酸+SiO2A.B.C.D.【解析】选选A A。SiOSiO2 2常温下能与常温下能与NaOHNaOH、HFHF发生反应发生反应,高温下可与高温下可与C C、CaOCaO发生反发生反应。应。A A