硅

高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！第1节硅无机非金属材料(1)碳的同素异形体有金刚石、石墨和C60，它们都与O2充分反应生成CO2。(2)CO2是酸性氧化物，少量或足量CO2分别通入NaOH溶液中反应的离子方程式为：CO2＋2OH－===CO2－3＋H2O、CO2＋OH－===HCO－3。(3)由反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑可知酸性强弱顺序是HCl＞H2CO3。(4)地壳中含量最多的元素是氧、第二位是硅，硅原子结构示意图是○＋14284。一、单质硅与半导体材料1．半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料，最早使用的半导体材料是锗，现在使用最广泛的半导体材料是硅。2．硅的存在在地壳里，硅的含量仅次于氧，全部以化合态存在，主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐。硅单质存在同素异形体是晶体硅和无定形硅。3．单质硅(1)物理性质：高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！颜色光泽熔点质地导电性灰黑色有金属光泽很高硬而脆半导体(2)化学性质：常温下，硅的化学性质不活泼，但在加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)反应。Si＋O2=====△SiO2。(3)工业制取①原料：二氧化硅和焦炭②原理：SiO2＋2C高温Si＋2CO↑(4)用途：用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等，其合金用于制造变压器铁芯和耐酸设备等。二、二氧化硅和光导纤维1．二氧化硅(1)存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。纯净的二氧化硅又称水晶。(2)物理性质：状态颜色熔点硬度水溶性晶体无色高大不溶(3)化学性质：①具有酸性氧化物的通性：a．常温下SiO2与NaOH溶液反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。b．高温下SiO2与碱性氧化物(如CaO)反应生成盐：SiO2＋CaO高温,CaSiO3。②特性：与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。③弱氧化性：高温下与C反应：SiO2＋2C△,Si＋2CO↑。2．光导纤维高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！(1)主要成分：SiO2。(2)用途：用于通迅、能量传输、信息处理等，光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高了信号传输效率。三、硅酸盐和无机非金属材料1．硅酸盐(1)硅酸钠：其水溶液俗称水玻璃，有黏性。(2)硅酸盐：①性质：硅酸盐性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。②表示方法：硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，钠长石(NaAlSi3O8)可表示为Na2O·Al2O3·6SiO2。2．无机非金属材料(1)传统的无机非金属材料——硅酸盐产品。水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土、石膏纯碱、石灰石、石英黏土(Al2O3·2SiO2·2H2O)生产原料(粉碎)→生料(煅烧)→熟料(加入石膏粉并磨细)→成品原料(粉碎)→按比例混合(加强热)→熔化(加添加剂)→成品SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑混合→成型→干燥→烧结→冷却主要成分及种类硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3、SiO2)石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、玻璃纤维土器、陶器、瓷器主要性能水硬性(与水掺和搅拌后凝固变硬)，不可逆过程玻璃态物质，无固定的熔沸点，在一定温度范围内熔化耐氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！典型设备回转窑玻璃窑陶瓷窑共同特点高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐(2)新型无机非金属材料：材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨、人造关节、接骨螺钉1．判断正误。(1)自然界存在硅单质的同素异形体，性质较稳定。()(2)单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。()(3)晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，能导电。()(4)含硅的钢具有良好的导磁性和耐酸性。()(5)最早使用的半导体材料是硅。()分析：硅单质存在同素异形体，但自然界中无单质硅。硅导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，最早使用的半导体材料是锗。答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×2．用短线连接。高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！答案：a—①⑥⑦b—②c—①④d—①③⑤⑥3．玻璃的主要成分之一是SiO2，下列物质贮存时应注意：①NaOH溶液②浓HNO3③溴④Na2CO3溶液(碱性)⑤氢氟酸⑥盐酸⑦水玻璃(1)用玻璃瓶不能配玻璃塞的有________，可用玻璃塞的有________。(2)用玻璃瓶不能配橡胶塞的有________。(3)不能用玻璃瓶盛装的是________。分析：SiO2是酸性氧化物，与碱反应生成硅酸盐粘住瓶塞不易打开，浓HNO3、溴具有强氧化性，能氧化橡胶。氢氟酸与SiO2反应，腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装。答案：(1)①④⑦②③⑥(2)②③(3)⑤4．制取玻璃和水泥都用了共同的原料是________。答案：石灰石5．向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是________________，反应方程式为：______________________________，说明酸性________________＞________________。答案：生成白色沉淀Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3H2CO3H2SiO36．下列哪些材料是新型无机非金属材料____________。①氧化铝陶瓷②氮化硅陶瓷③碳化硅陶瓷④氮化铝陶瓷⑤氮化钛陶瓷⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化铜陶瓷⑧红色玻璃⑨钢化玻璃⑩光导纤维分析：新型无机非金属材料是指具有特殊结构、功能的新材料。红色玻璃是在原料中加入Cu2O使玻璃呈红色，钢化玻璃是把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却而制成的，都属于传统硅酸盐产品。答案：①②③④⑤⑥⑦⑩高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！硅及其化合物的特性(1)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si却能与HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(2)非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力。(3)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。(4)非金属单质跟碱液的作用一般无H2放出，但Si与碱液(如NaOH溶液)反应放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水反应来制取H2SiO3。(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的却很高。(7)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(8)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水。(9)高温下SiO2与Na2CO3能发生反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑。[特别提醒](1)硅属于非金属元素，但也具有一定的金属性，如可导电、具有金属光泽等。(2)导电性：硅＜石墨。(3)酸性强弱：H2CO3＞H2SiO3。[例1]下列关于硅和二氧化硅说法不．正确的是()A．晶体硅呈灰黑色，是具有金属光泽、硬而脆的固体B．硅的化学性质很稳定，但自然界里无游离态的硅存在，常温下可与其他物质发生反应C．硅和二氧化硅都能与NaOH溶液反应D．工业上用焦炭在高温条件下还原二氧化硅来制备硅说明通常情况下还原性C＞Si[解析]自然界中硅只以化合态形式存在，硅可与HF、F2等反应。硅与NaOH溶液反应生成H2，SiO2是酸性氧化物与碱反应。反应SiO2＋C=====高温Si＋2CO↑，在高温下进行只能说明在此条件下还原性C＞Si。[答案]D高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！(1)自然界中存在游离态的碳，却不存在游离态的硅。(2)二氧化硅与焦炭在隔绝空气的条件下制取粗硅时，生成的是CO而不是CO2。二氧化硅的性质二氧化硅和二氧化碳性质的比较名称SiO2CO2物理性质颜色无色无色状态固体气体熔沸点很高很低硬度大小溶解性不溶于水可溶于水化学质性类型硅酸酸酐、酸性氧化物碳酸酸酐、酸性氧化物与碱(NaOH)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2过量时生成NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2＋CaO=====高温CaSiO3CO2＋CaO===CaCO3与某些盐反应Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应[特别提醒](1)SiO2是一种类似于金刚石的立体网状结构的晶体，在晶体中，Si原子和O原子个数之比为1∶2，故不存在“SiO2”分子。而CO2气体(或固体、或液体中)存在独立的“CO2”分子。高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！(2)反应Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑并不能说明酸性H2SiO3H2CO3，之所以发生反应是因为生成了易挥发的CO2。加热熔化NaOH等强碱时，不能用玻璃试管或瓷坩埚。原因是玻璃或陶瓷中的SO2与NaOH发生反应。[例2]下列说法中，正确的是()A．SiO2和CO2均由分子直接构成B．CO2、SiO2都是酸性氧化物，不与任何酸反应C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D．CO2、SiO2分别是H2CO3、H2SiO3的酸酐，因而均可由CO2、SiO2与水反应制得相应酸[解析]SiO2直接由硅原子、氧原子构成，CO2是由CO2分子构成，A错；SiO2能与氢氟酸反应，B错；CO2、SiO2与CaO反应生成CaCO3和CaSiO3。SiO2不溶于水，不能与水反应生成H2SiO3，D错。[答案]CSiO2难溶于水，制取H2SiO3可用可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)溶液与稀盐酸(或CO2)反应，反应的离子方程式为：SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓或SiO2－3＋CO2(适量)＋H2O===H2SiO3↓＋CO2－3。硅酸盐1．表示方法(1)化学式法：如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)等。此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。(2)氧化物法：硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物形式来表示它的组成，通式为aMxOy·bSiO2·cH2O。①当金属不止一种时，先写活泼金属，再写较活泼金属，然后是二氧化硅，最后写水。②氧化物化学式之间用“·”隔开，化学式前的系数只能取整数，且只代表该氧化物本身。③氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素尽量按配置前后原子个数守恒原则配置系数。高考学习网－中国最大高考学习网站Gkxx.com|我们负责传递知识！例如：硅酸钠：Na2SiO3→Na2O·SiO2，石棉：Mg3Ca(SiO3)4→CaO·3MgO·4SiO2。2．硅酸钠(1)物理性质：可溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。“水玻璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。(2)化学性质：易与酸反应。①与强酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。②与CO2反应：CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2过量，Na2SiO3＋2