2019-2020版高中化学 第4章 非金属及其化合物 第1节 无机非金属材料的主角——硅课件 新人

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅1激趣入题2新知预习3预习自测4课堂探究6课堂达标7课时作业激趣入题看到计算机的芯片，传导电话的光缆，化学实验的玻璃仪器，你能想象得出它们都是以硅或硅的化合物材料制成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？让我们走进教材一起学习无机非金属材料的主角——硅。新知预习一、硅元素的存在及结构1．硅元素的存在：含量—仅次于______，居第二位|存在—全部以________态存在，主要是__________和硅酸盐|特点—化合态的硅元素呈_______价氧化合氧化物＋42．硅的原子结构：硅的原子结构示意图是____________，最外层有_____个电子，反应中，既不容易________电子也不容易________电子。点拨：自然界中有游离态的碳，却不存在游离态的硅。4失去得到二、二氧化硅1．存在：石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分是__________。石英SiO22．结构：SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为________的比例组成的立体网状结构的晶体。每个硅原子周围结合4个氧原子，每个氧原子周围结合2个硅原子。3．物理性质：熔点______；硬度______；______溶于水。1∶2高大难4．化学性质：点拨：SiO2与焦炭高温下反应生成的是CO而不是CO2。5．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材料，可以制作___________。(3)石英和玛瑙制作饰品和工艺品。(4)实验室中使用________坩埚。光导纤维石英三、硅酸1．性质：(1)弱酸性：向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性更______。(2)不稳定性。H2SiO3不稳定，受热易分解：H2SiO3=====△SiO2＋H2O。弱点拨：硅酸不能使紫色石蕊试液变色。2．制备实验操作实验现象滴加酚酞溶液后溶液呈______色，滴加稀盐酸后溶液变为______色，有______________生成结论Na2SiO3溶液呈______性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式为__________________________________________________红无白色胶状物碱Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓――→制备H2SiO3的溶胶―→硅酸凝胶――→脱水硅胶――→用途________剂、________剂的载体3．硅胶：硅胶—点拨：硅酸是中学阶段唯一难溶性酸。干燥催化四、硅酸盐1．硅酸盐的组成和性质：概念—由硅、氧和金属组成的化合物的总称|性质—固态，大多不溶于水，化学性质很________|表示方法—可用氧化物的形式表示，如Na2SiO3：__________________稳定Na2O·SiO32．常见的硅酸盐——Na2SiO3：水玻璃Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓3．常见的硅酸盐产品——无机非金属材料：硅酸盐产品原料主要设备水泥黏土和石灰石、少量石膏水泥回转窑普通玻璃________________________玻璃窑陶瓷黏土/纯碱、石灰石和石英砂4．特殊功能的含硅物质：(1)金刚砂(SiC)具有类似__________的结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮磨料。(2)硅钢(含Si4%)具有很高的__________，主要用作变压器铁芯。(3)硅橡胶，既耐高温又耐低温，用于制造火箭、导弹的零件。(4)人工制造的分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)，主要用作吸附剂和__________。金刚石导磁性催化剂五、硅单质的结构及性质1．形态及结构：形态—有__________和无定形硅两大类结构—具有正四面体构型的空间立体网状结构，与金刚石结构类似晶体硅2．主要性质：(1)物理性质：晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体，熔点______、硬度______，有脆性、导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的__________材料。(2)化学性质：常温下化学性质稳定，除氢氟酸和强碱外，不与其他物质发生反应。写出下列两个化学方程式：高大半导体硅—――――→＋氢氟酸Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑――――→＋NaOH溶液Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑预习自测1．下列有关说法正确的是()A．碳、硅原子最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，故二者的单质很难发生化学反应B．硅是一种亲氧元素，在地壳中只有SiO2一种存在形式C．碳元素只有有机物和氧化物两种存在形式D．硅的氧化物和硅酸盐是构成地壳的主要物质D解析：碳、硅原子最外电子层均有4个电子，虽说其原子既不易失去也不易得到电子，但二者的单质在一定的条件下也比较容易发生化学反应，如碳、硅单质在一定条件下均能与氧气发生化学反应，A错误；硅是一种亲氧元素，在自然界中它主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，B错误；碳元素是构成有机物的主要元素，但在自然界中还有单质、氧化物、石灰岩、碳酸盐等多种存在形式，C错误；硅的氧化物和硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，故是构成地壳的主要物质，D正确。2．(2019·山西康杰中学高一月考)我国科学家成功研制SiO2超分子纳米管，其微观结构如图，下列叙述不正确的是()A．该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应B．SiO2是酸性氧化物C．SiO2在工业上可用于制造光导纤维D．SiO2与碱的反应是非氧化还原反应解析：二氧化硅能与氢氟酸发生反应，A错误；SiO2能与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，B正确；SiO2在工业上可用于制造光导纤维，C正确；SiO2能与碱反应生成盐和水，是非氧化还原反应，D正确。A3．(2019·四川成都七中高一阶段性测试)下列叙述正确的是()A．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物B．因为Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似C解析：SiO2能和氢氧化钠等碱溶液反应，只能和氢氟酸反应而不能与其他酸反应，故SiO2属于酸性氧化物，A错误；反应Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑是利用高沸点酸制低沸点酸的原理，不能据此说明硅酸的酸性比碳酸强，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；CO2和SiO2都能与碳反应，反应中碳是还原剂，CO2和SiO2都作氧化剂，C正确；CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由硅原子和氧原子构成的立体网状结构的化合物，不存在单个的分子，两者结构不同，物理性质相差较大，D错误。4．(2019·黑龙江哈尔滨六中高一月考)诺贝尔物理学奖曾授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B．因SiO2不溶于水，故SiO2不是H2SiO3的酸酐C．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D解析：二氧化硅是酸性氧化物，与水不反应，A错误；虽然SiO2不溶于水，不能与水反应生成H2SiO3，但SiO2仍可看作是H2SiO3失去一分子H2O而形成，且SiO2与H2SiO3中硅元素价态相同，故SiO2是H2SiO3的酸酐，B错误；二氧化硅不能导电，C错误；二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应生成硅酸钠和CO2，D正确。5．下列物质：①氢氟酸；②浓H2SO4；③烧碱溶液；④Na2CO3固体；⑤氧化钙；⑥浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有()A．①②⑥B．②③⑥C．①③④⑤D．全部解析：SiO2是酸性氧化物，除氢氟酸外，不与其他任何酸发生反应，故②⑥不能与SiO2反应，其他物质在一定条件下均能与SiO2反应，故C项正确。C6．除去下列粉末中的杂质(括号内为杂质)，将选用的试剂填在横线上。①SiO2(CaCO3)________；②SiO2(C)________；③NaCl(Na2SiO3)________；④CuO(SiO2)________________；⑤SiO2(NaCl)______。盐酸氧气盐酸NaOH溶液水解析：①SiO2不溶于盐酸，CaCO3能溶于盐酸，可用盐酸除去SiO2中的CaCO3；②C与O2反应转化为CO2气体，可将SiO2中的C除去；③Na2SiO3与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，可用盐酸除去NaCl中的Na2SiO3；④CuO为碱性氧化物，SiO2为酸性氧化物，可用NaOH溶液除去CuO中的SiO2；⑤加入水，SiO2不溶解，NaCl溶解，可除去SiO2中的NaCl。课堂探究问题探究：1.实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞，为什么不用玻璃塞？2．SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，SiO2属于两性氧化物吗？探究提示：1.玻璃中含SiO2，SiO2与NaOH反应生成有黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口粘在一起，不易打开。2．不属于。两性氧化物既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应只是SiO2的一个特性，SiO2属于典型的酸性氧化物。知识点1CO2与SiO2的性质比较知识归纳总结：CO2与SiO2的比较CO2SiO2构成CO2分子1个Si周围有4个O,1个O周围有2个Si，呈空间网状结构，无SiO2分子物理性质气体，熔、沸点低，溶于水固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水与碱性氧化物反应CaO＋CO2===CaCO3CaO＋SiO2=====高温CaSiO3与碱液的反应2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2SiO2与盐反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑与碳反应C＋CO2=====△2CO2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑与H2O作用CO2＋H2OH2CO3与水不反应与酸反应不反应只与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O用途干冰用于人工降雨，合成肥料制饰品、制实验室里的坩埚、制光导纤维(2019·河北定州中学高一月考)将过量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．Na2SiO3B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2D．SiO2解析：CO2与水玻璃反应生成硅酸和NaHCO3，蒸干灼烧时，硅酸分解为SiO2和H2O，NaHCO3分解为Na2CO3、水和CO2，SiO2和Na2CO3在高温下又反应生成Na2SiO3和CO2，最终所得固体为Na2SiO3，故选A。典例1A〔变式训练1〕下列各种应用中，利用了硅元素的还原性的是()A．用硅制造集成电路、晶体管等半导体器件B．在野外，用硅、石灰、烧碱的混合物制成氢气：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH===Na2SiO3＋CaO＋2H2↑C．用HF溶液刻蚀玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OD．单质硅的制备：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑B问题探究：1.已知：Si和NaOH溶液反应的化学方程式为：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑是由Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑和H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O两方程式相加得到，则Si和NaOH溶液反应中氧化剂是什么？还原剂是什么？2．如何由SiO2通过最简单的方法制得H2SiO3？(用方程式表示)3．Na2SiO3是硅酸盐，NaAlSi3O8