2014高中化学(鲁科)必修1【课件】4.1.1单质硅与二氧化硅

第1节硅无机非金属材料第1课时单质硅与二氧化硅材料家族中的元素1．了解硅的主要性质和用途。2．了解SiO2性质以及在材料中的应用。知识清单半导体材料与单质硅1．半导体材料半导体材料特指导电能力介于________和________之间的一类材料。最早使用的半导体材料是________，而目前广泛使用的半导体材料是________元素，在地壳中含量居________位，该元素全部以________态存在于自然界中，储量丰富。导体绝缘体锗硅第二化合2．单质硅(1)物理性质①单质硅有________和________两种；②晶体硅是________________的固体；③单质硅的导电性________。①晶体硅无定形硅(非晶硅)②灰黑色、有金属光泽、硬而脆③介于导体和绝缘体之间(2)化学性质①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑②在加热时纯硅能在氧气中燃烧：Si＋O2=====△SiO2(3)硅的制备由于自然界中没有单质硅的存在，在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。制粗硅：_________________________。制高纯硅：_______________________。(4)硅的用途硅可用来制造_____、_____、_____等。_____可用来制造变压器铁芯、______设备等。(3)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑Si＋2Cl2=====△SiCl4；SiCl4＋2H2=====△Si＋4HCl(4)集成电路太阳能电池硅整流器硅合金耐酸综合拓展硅及其化合物的特性(1)Si的还原性大于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑(4)非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。(5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。(6)非金属氧化物的熔沸点一般较低，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，H2SiO3却难溶于水。(9)因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入少量的CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，若通入过量的CO2则发生下列反应：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3，高温下也能发生Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2。(10)Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃)俗称泡花碱，但它是盐的溶液，并不是碱溶液。特别提示：酸酐由酸脱水得到，如CO2、SO2、SO3、SiO2等，但酸酐不一定就能溶于水生成相应的酸，如SiO2难溶于水，当然也就无法与水反应生成硅酸。尝试应用1．在美国旧金山有一个最大的科技工作园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基础。下列说法不正确的是()A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D．自然界中存在大量的单质硅，其含量仅次于氧解析：硅的性质不活泼，但是在常温下，能与F2、HF、强碱溶液发生反应。硅在自然界中主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在，自然界中没有游离态的单质硅。答案：CD2．工业上由粗硅制取高纯硅有如下反应：①Si＋3HCl===SiHCl3＋H2(放出大量热)②SiHCl3＋H2=====950℃Si＋3HCl，对上述反应的说法正确的是()A．均是置换反应和氧化还原反应B．反应①②实际上互为可逆反应C．由于反应①放热，则反应②一定吸热D．反应②也是放热反应解析：题中两个反应的条件不同，故不是可逆反应；由于反应符合置换反应的定义，则一定为氧化还原反应；两者的反应热效应必定相反，这是由能量守恒所决定的。答案：AC知识清单二氧化硅和光导纤维1．二氧化硅存在：广泛存在于自然界中，________的主要成分就是二氧化硅。透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做________。物理性质：纯净的二氧化硅为________的晶体，不溶于水，________。沙子和石英玛瑙无色透明熔点高、硬度大化学性质：①二氧化硅的化学性质不活泼，属于酸性氧化物，能与碱溶液缓慢反应：______________________________。②SiO2是H2SiO3和H4SiO4的酸酐；硅酸及原硅酸都是不溶于水的弱酸，都比碳酸弱。__________________________________________。③高温时，能与碱性氧化物反应：___________________________________________。④常温下能与氢氟酸反应，此反应常用来刻蚀玻璃：_____________________________________________。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3③SiO2＋CaO=====高温CaSiO3④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3③SiO2＋CaO=====高温CaSiO3④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3③SiO2＋CaO=====高温CaSiO3④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3③SiO2＋CaO=====高温CaSiO3④SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O用途：常被用于石英表中的________，高性能的现代通讯材料——________，________________。2．光导纤维光导纤维是一种用全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝，主要成分是：________。光导纤维除了用于________外，还可用于________、________、________和________等方面。压电材料光导纤维制造电子元器件、光学仪器、精密仪器轴承、石英钟、工艺品、玻璃等2．SiO2通讯能量传输信息处理遥测遥控医疗器械(光导纤维内窥镜)综合拓展CO2与SiO2化学性质的比较物质二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)与水反应CO2＋H2OH2CO3不反应与酸反应不反应SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O与碱反应CO2＋2NaOHNa2CO3＋H2OSiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O与碱性氧化物反应CO2＋Na2ONa2CO3SiO2＋CaOCaSiO3与碳反应CO2＋C2COSiO2＋2CSi＋2CO↑=====高温=====高温=====高温特别提示：盛装氢氧化钠的试剂瓶不能使用玻璃塞的原因：玻璃是传统硅酸盐产品，在玻璃中含有一定量的SiO2，盛装的NaOH溶液在倾倒时往往在瓶口处残留，这时会发生反应SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，得到的Na2SiO3是一种矿物胶，当塞入塞子时能使得瓶塞与瓶口粘连，故盛装时应选用塑料塞。尝试应用3．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是()A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解C．加热至高温，观察是否有气体冒出，是否有硅酸钙生成D．先加过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解解析：CaO和CaCO3均溶于盐酸，但只有CaCO3与盐酸作用产生气泡，故用盐酸可以验证石灰石的存在；SiO2不溶于盐酸能溶于NaOH溶液，所以D选项满足题意。答案：D4．下列说法正确的是()A．因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或者说SiO2不是H2SiO3的酸酐B．CO2通入水玻璃(Na2SiO3溶液)可以得到硅酸C．CO2通入饱和氯化钙溶液中能生成白色沉淀D．SiO2的俗名叫水晶解析：H2CO3的酸性比H2SiO3强，故B中能发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓；因为H2CO3的酸性比HCl弱，故CO2与氯化钙溶液不反应；硅石、石英、水晶的主要成分均为SiO2，故SiO2有多种叫法。答案：B硅的化学性质下列有关硅的叙述中，正确的是()A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料解析：A选项正确，因为硅的化学性质稳定，常温下除了少数物质外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。B选项不正确，氧元素在地壳中的含量居第一位。C选项不正确，硅的化学性质不活泼，但可与F2、HF和强碱等反应。D选项正确，硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛应用于计算机技术领域。答案：AD名师点睛：地壳中的各元素含量的高低顺序为氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢等，记忆的口诀为洋(氧)鬼(硅)子铝铁盖(钙)，哪(钠)家(钾)没(镁)请(氢)。变式训练1．有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是()A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B．自然界的含硅化合物易开采C．硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制D．自然界中存在大量单质硅解析：有些燃料，如氢气具有发热量大、无污染等优点，但从运输、储存角度就不如硅，硅是固体、常温下性质稳定，是非常安全的；另外，硅在自然界存在广泛，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低。但需注意的是，自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。答案：D二氧化硅的化学性质下列说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应B．根据SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D．二氧化硅可以制取光导纤维=====高温解析：常温下SiO2可与氢氟酸反应，SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O，所以A错；B反应只有在高温条件下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但不能说明硅酸的酸性比碳酸酸性强；C正确，化学反应方程式为：Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓；D正确，SiO2是光导纤维的主要成分，光导纤维可由二氧化硅制取。答案：CD名师点睛：在分析解答问题时，首先要明确反应规律是有条件的，不能不问条件任意套用；其次要掌握反应原理，并注意硅及其化合物的特殊性，如硅与氢氟酸、碱溶液的反应，二氧化硅的溶解性，二氧化硅与氢氟酸、碳酸盐、碳单质及其化合物的反应等均具有特殊性。变式训练2．指出下列反应中二氧化硅所表现的化学性质或作用，在选项中选择正确的答案填入括号内。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O()②SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑()③SiO2＋2C=====高温Si＋