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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,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(2008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: ,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,NH4Cl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、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)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】 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
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