高中化学第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料教学案鲁科

第1节 硅 无机非金属材料

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1．了解硅的物理性质、化学性质。

2．了解二氧化硅的性质，认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。 3．了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能和用途。,

1．硅元素在地壳中的含量仅次于氧，处于第二位。 2．单质硅用作半导体材料，二氧化硅用于制光导纤维。 3．晶体硅、二氧化硅均由原子直接构成。

4．二氧化硅是不溶于水也不与水反应的酸性氧化物。 5．传统无机非金属材料指玻璃、水泥、陶瓷等。 高温

6．重要的化学方程式：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑(制粗硅)

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(雕刻玻璃)

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(贮存NaOH溶液，不能用磨口玻璃塞)

高温高温

CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑、Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑(工业制玻璃)

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．硅元素的存在

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。 3．单质硅

(1)硅的同素异形体有：晶体硅和无定形硅。

(2)物理性质：晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 △(3)化学性质：加热条件下与O2反应的化学方程式为Si＋O2===== SiO2。 高温(4)制备：用焦炭还原SiO2的化学方程式为2C＋SiO2===== Si＋2CO↑。 (5)用途

1

①硅：制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等。 ②硅合金：

a．含硅4%的钢可制造变压器铁芯。

b．含硅15%左右的钢具有耐酸性，制耐酸设备。 [特别提醒]

(1)硅化学性质不活泼，但自然界中没有游离态的硅。 (2)非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。

高温

(3)Si的还原性强于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2＋2C===== Si＋2CO↑。 (4)非金属单质跟强碱溶液作用一般无H2放出，但Si能与强碱溶液反应放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

1．判断正误。

(1)硅在自然界中以游离态和化合态形式存在( ) (2)单质硅性质很稳定，常温下不与任何物质反应( )

(3)地壳中含量第一和第二的两种元素的单质在加热条件下反应，故该反应吸热( ) 高温(4)工业制粗硅的反应为SiO2＋C===== Si＋CO2( ) (5)含硅15%的钢可以制造耐酸设备( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ 2．下列物质属于半导体材料的是( ) A．金刚石 C．石墨

B．晶体硅 D．铁丝

解析：选B 金刚石属于绝缘体，石墨和铁丝属于导体。

二氧化硅与光导纤维

1．二氧化硅(SiO2)

(1)存在：沙子、石英的主要成分，透明的石英晶体俗称水晶。 (2)结构：由硅原子和氧原子构成。 (3)物理性质：熔点高、硬度大、不溶于水。 (4)化学性质(用化学方程式填空)

2

[特别提醒]

(1)SiO2不溶于水，也不与水反应，不能直接将其与水反应来制取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能跟氢氟酸反应。 2．光导纤维 (1)主要成分：SiO2。

(2)用途：光纤通讯、能量传输、信息处理。

1．判断正误。

(1)SiO2溶于H2O可得硅酸(H2SiO3)( )

(2)SiO2能与氢氟酸反应，说明SiO2是一种碱性氧化物( ) (3)1 mol SiO2中含有6.02×10 个SiO2分子( ) (4)不能用玻璃瓶盛放氢氟酸溶液( )

(5)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2＋2OH===SiO3＋H2O( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ 2．下列关于SiO2和CO2的说法中，不正确的是( ) A．SiO2的沸点比CO2高

B．CO2与SiO2化学式虽然相似，但CO2与SiO2的物理性质有很大区别 C．CO2和SiO2均能和水反应生成相应的酸

D．CO2和SiO2均能与氢氧化钠溶液反应生成相应的盐和水

解析：选C 由常温下二氧化硅为固体，而二氧化碳为气体，可知A项正确；由CO2与SiO2的状态可知B项正确；CO2可溶于水生成H2CO3，但SiO2不溶于水，C项错误。

硅酸盐与无机非金属材料

1．硅酸盐

－

2－

23

3

(1)物理通性：性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。 (2)表示方法

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Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

[特别提醒]

(1)用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序：较活泼金属的氧化物→较不活泼金属的氧化物→二氧化硅→水。

(2)Na2SiO3水溶液俗称水玻璃，是一种常用矿物胶，在空气中露置易变质： Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。 2．无机非金属材料

(1)传统无机非金属材料——硅酸盐 ①玻璃和水泥：

原料 设备 玻璃 纯碱、石灰石、石英 玻璃熔炉 高温CaCO3＋SiO2===== CaSiO3高温＋CO2↑、Na2CO3＋SiO2===== Na2SiO3＋CO2↑ 主要成分 主要性质 ②陶瓷： a．生产原料：黏土。 b．重要性质：耐酸碱侵蚀。 (2)新型无机非金属材料

分类 高温结构陶瓷 生物陶瓷 压电陶瓷 实例 氮化硅(Si3N4)陶瓷、碳化硅(SiC)陶瓷等 氧化铝(Al2O3)陶瓷、氧化锆(ZrO2)陶瓷等 钛酸钡(BaTiO3)和钛酸铅(PbTiO3)等为主要成分

1．有下列物品或设备：①陶瓷餐具 ②砖瓦 ③水泥路桥 ④门窗玻璃 ⑤水晶镜片 ⑥石英钟表 ⑦玛瑙手镯 ⑧硅太阳能电池 ⑨石英光导纤维 ⑩计算机芯片。

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 没有固定熔点 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙 具有水硬性 水泥 黏土、石灰石 水泥回转窑 化学方 程式 复杂的物理、化学变化 4

(1)用到硅单质的是________________。

(2)所用材料为SiO2或用到SiO2的是__________________________________________。 (3)所用材料为硅酸盐的是________________。 答案：(1)⑧⑩ (2)④⑤⑥⑦⑨ (3)①②③④

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