無機(jī)非金屬材料-硅 學(xué)案 高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

碳、硅及其化合物【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響?！緦W(xué)習(xí)重點和難點】Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。知識點1：碳和硅1．存在和用途：碳硅存在形態(tài)、。物理性質(zhì)金剛石：。石墨：?；液谏腆w，有金屬光澤，、，有脆性用途用作切割刀具，用作電極、鉛筆芯材料和合金材料O2(足量)：O2(不足)：O2(足量)：O2(不足)：CuO：(冶煉金屬)SiO2：(制取粗硅)高溫H2O：C＋H2O(g)=C+CaO與O2與O2反應(yīng)與氧化物反應(yīng)⑴與氧化物反應(yīng)（常溫下性質(zhì)穩(wěn)定）濃H濃H2SO4：C＋2H2SO4(濃)濃HNO3：C＋4HNO3(濃)與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)⑵硅①常溫下，只能與氫氟酸、氟氣、氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)Si+HFSi+NaOH+H2OSi+F2②加熱時：與某些非金屬反應(yīng)Si+O2③制備：工業(yè)制粗硅SiO2+2C粗硅提純：Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl（得到高純硅）知識點2：碳及硅的化合物1．二氧化碳和二氧化硅⑴二氧化硅結(jié)構(gòu)：原子晶體，晶體中每個硅原子與個氧原子形成個共價鍵，而每個氧原子與個硅原子形成個共價鍵，故晶體中硅、氧原子的個數(shù)比為1∶2，所以“SiO2”是二氧化硅的化學(xué)式。晶體中無單個分子。天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅。砂、石英、水晶的主要成分都是SiO2。⑵化學(xué)性質(zhì)：CO2與SiO2性質(zhì)比較CO2SiO2晶體類型物理性質(zhì)無色無味氣體，密度大于空氣，微溶于水（1︰1）堅硬難熔的固體，不溶于水?；瘜W(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)與NaOH溶液反應(yīng)與CaO反應(yīng)與酸反應(yīng)用途滅火劑、制純堿、制汽水、干冰用于作致冷劑或人工降雨①SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料；②石英制造石英玻璃、石英電子表、石英鐘等；③水晶常用來制造電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品；④石英砂常用作制玻璃?！居懻摗繉⒍趸纪ㄈ隢aOH溶液中，所得溶液中溶質(zhì)有幾種情況？【導(dǎo)練1】寫出CO2與下列物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式，并指出體現(xiàn)CO2的什么性質(zhì)。Na2CO3Ca(ClO)2NaAlO2Na2SiO3苯酚鈉Na2O2CMg【導(dǎo)練2】下列關(guān)于碳和硅的氧化物說法正確的是。A．碳和硅的氧化物都是酸性氧化物B．二氧化硅分子由1個硅原子和2個氧原子構(gòu)成C．二氧化硅不與水及任何酸反應(yīng)D．CO2、CH4等氣體都是溫室氣體E．CO常作還原劑，PbO2常作氧化劑F．碳在高溫下與SiO2反應(yīng)，作還原劑，但碳的非金屬性比硅強(qiáng)2．硅酸（H2SiO3）：⑴制取原理：強(qiáng)酸制弱酸【實驗1】在試管中加入3~5mLNa2SiO3溶液，,滴入1~2滴酚酞試液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺并接近消失時停止。靜置。仔細(xì)觀察變化過程及其現(xiàn)象?，F(xiàn)象結(jié)論化學(xué)方程式⑵硅酸的性質(zhì)：a．硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，如何證明？b．受熱容易分解。H2SiO3c．硅酸在水中易聚合形成膠體。硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的。將其干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為。硅膠多孔，吸附水分能力強(qiáng)，常作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。⑶原硅酸（H4SiO4），白色膠狀，不溶于水，不穩(wěn)定，易失水。H4SiO4＝硅酸和原硅酸的酸酐都是。3．硅酸鹽：⑴概念：硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。⑵硅酸鈉：白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性?！緦嶒?】取兩個小木條或濾紙條，分別放入蒸餾水和Na2SiO3飽和溶液中，使之充分吸濕、浸透，取出稍瀝干(不再滴液)后，同時分別放置在酒精燈外焰處。觀察現(xiàn)象。放入蒸餾水放入Na2SiO3飽和溶液現(xiàn)象結(jié)論Na2SiO3溶液—木材防火、黏膠劑等。硅酸鹽用氧化物的形式表示：活潑金屬氧化物—較活潑金屬氧化物—SiO2—H2O如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成____________，石棉Mg3Ca(SiO3)4，高嶺石Al2Si2O5(OH)4，鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O、正長石KAlSi3O8知識點3：無機(jī)非金屬材料1．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。⑴玻璃：原料：純堿、石灰石和石英主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2O?CaO?6SiO2）Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑⑵水泥：主要原料：粘土和石灰石石膏—作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度⑶陶瓷：主要原料：粘土2．新型無機(jī)非金屬材料，如____________、__________、__________、________等。碳化硅SiC，俗名金剛砂（金剛石，二氧化硅），具有的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬度大，熔點高?！緦?dǎo)練3】下列關(guān)于碳族元素的敘述，不正確的是()A．碳族元素的化合物主要是共價化合物B．碳族元素的單質(zhì)都是導(dǎo)體或半導(dǎo)體C．自然界中大量存在著碳族元素中某元素的氣態(tài)氫化物D．碳族元素形成的化合物多于其他族元素形成的化合物【導(dǎo)練4】下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是()A．硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B．硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)【總結(jié)】硅及其化合物的一些特殊性：

1．非金屬氧化物一般為分子晶體，而SiO2卻為原子晶體。

2．非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅卻能夠與氫氟酸反應(yīng)，且有氫氣生成。3．非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)一般不生成氫氣，但硅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)卻生成氫氣。4．SiO2不溶于水，但其是硅酸的酸酐，因此硅酸不能用SiO2直接與水反應(yīng)制得，只能采用可溶性硅酸鹽與酸作用生成。課堂練習(xí)1下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用正確的是（）A．液氨汽化時要吸收大量的熱，可用作制冷劑B．二氧化硅不與強(qiáng)酸反應(yīng)，可用石英器皿盛放氫氟酸C．生石灰能與水反應(yīng)，可用來干燥氯氣D．氯化鋁是一種電解質(zhì)，可用于電解法制鋁2．下列敘述Ⅰ和Ⅱ均正確并且有因果關(guān)系的是（）選項敘述I敘述IIANH4Cl為強(qiáng)酸弱堿鹽用加熱法除去NaCl中的NH4ClBFe3+具有氧化性用KSCN溶液可以鑒別Fe3+C溶解度：CaCO3<Ca(HCO3)2溶解度：Na2CO3<NaHCO3DSiO2可與HF反應(yīng)氫氟酸不能保存在玻璃瓶中3．下列措施不合理的是（）A．用SO2漂白紙漿和草帽辮B．用硫酸清洗鍋爐中的水垢C．高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅D．用Na2S做沉淀劑，除去廢水中的Cu2+和Hg2+4．石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料（結(jié)構(gòu)示意圖如下），可由石墨剝離而成，有極好的應(yīng)用前景。下列說法正確的是（）A．石墨烯與石墨互為同位素B．0.12g石墨烯中含有6.02×1022個碳原子C．石墨烯是一種有機(jī)物D．石墨烯中的碳原子間以共價鍵結(jié)合5．常溫下，下列各組物質(zhì)中，Y既能與X反應(yīng)又能與Z反應(yīng)的是（）XYZ①NaOH溶液Al(OH)3稀硫酸②KOH溶液SiO2稀鹽酸③O2N2H2④FeCl3溶液Cu濃硝酸A．=1\*GB3①=3\*GB3③B．=1\*GB3①=4\*GB3④C．=2\*GB3②=4\*GB3④D．=2\*GB3②=3\*GB3③6．某二價金屬碳酸鹽和碳酸氫鹽的混合物跟足量鹽酸反應(yīng)，消耗H+和產(chǎn)生CO2的物質(zhì)的量之比為6︰5，該混合物中碳酸鹽和碳酸氫鹽的物質(zhì)的量之比為（）A．1︰1B．1︰2C．1︰3D．1︰47．將某鋁硅合金分成質(zhì)量相等的兩份，分別與足量的鹽酸和NaOH溶液充分反應(yīng)，放出H2的體積（在相同溫度和壓強(qiáng)下）的關(guān)系正確的是（）A．一樣多 B．前者多 C．后者多 D．無法確定8．將過量的CO2分別通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③NaAlO2溶液；④飽和Na2CO3溶液；⑤Ca(OH)2最終溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④⑤ B．②③④C．②④⑤ D．①②④9．下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是（）①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A．①② B．②③ C．①④ D．③④化學(xué)鍵Si—OO=OSi—Si鍵能/kJ·mol-1x498.817610．有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表：晶體硅的燃燒熱為989.2kJ·mol－1，則X的值為（） A．423.3B．460C．832D．92011．下列敘述不正確的是（）①硅的晶體結(jié)構(gòu)和金剛石相似，都是原子晶體；②硅是地殼中含量最多的非金屬；③晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料；④SiO2是制造光導(dǎo)纖維的重要原料；⑤SiO2分子是由兩個氧原子和一個硅原子組成的；⑥SiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸。A．①②⑥B．①⑤⑥C．③④⑤D．②⑤⑥12．下列離子方程式書寫不正確的是（）A．往NaOH溶液中通入少量CO2：CO2＋OH－=HCO3－B．單質(zhì)Si與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑C．石英砂與燒堿溶液反應(yīng)制水玻璃：SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2OD．往水玻璃中通入少量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓13．下列說法符合事實的是（）A．SiO2溶于水成為硅酸B．CO2通入水玻璃中得到白色沉淀C．CO2通入飽和CaCl2溶液能生成白色沉淀D．硅酸酸性比碳酸弱，所以SiO2不能跟Na2CO3反應(yīng)14．密閉容器中充入CO2和CO的混合氣體，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為32，容器內(nèi)壓強(qiáng)為p，然后投入足量Na2O2，不斷用電火花點燃至反應(yīng)停止，恢復(fù)到原溫度，容器內(nèi)壓強(qiáng)為（）A．pB．EQ\f(1,2)pC．EQ\f(1,4)pD．EQ\f(1,8)p15．金剛砂(SiC)可由SiO2和碳在一定條件下反應(yīng)制得，反應(yīng)方程式為SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑，下列有關(guān)制造金剛砂的說法中正確的是()A．該反應(yīng)中的氧化劑是SiO2，還原劑為CB．該反應(yīng)中的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C．該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為12e－D．該反應(yīng)中的還原產(chǎn)物是SiC、氧化產(chǎn)物是CO，其物質(zhì)的量之比為1∶216．鉛及其化合物可用于蓄電池、耐酸設(shè)備及X射線防護(hù)材料。回答下列問題：⑴鉛是碳的同族元素，比碳多4個電子層。鉛在元素周期表的位置為第周期、第族。⑵PbO2與濃鹽酸共熱生成黃綠色氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為。⑶PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)制得，反應(yīng)的離子方程式為；PbO2也可以通過石墨為電極，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式為，陰極觀察到的現(xiàn)象是：若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式，這樣做的主要缺點是。⑷PbO2在加熱過程發(fā)生分解的失重曲線如圖所示，已知失重曲線上的a點為樣品失重4.0%【即（樣品起始質(zhì)量—a點固體質(zhì)量）/樣品起始質(zhì)量×100%】的殘留固體。若a點固體組成表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計算x值和m:n值。17．金剛石、SiC具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕特性，應(yīng)用廣泛。⑴碳與同周期元素Q的單質(zhì)化合僅能生成兩種常見氣態(tài)化合物，其中一種化合物H為非極性分子，碳元素在周期表中的位置是，Q是，H的電子式為。⑵一定條件下，Na還原CCl4可制備金剛石，反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫后，回收中CCl4的實驗操作名稱為，除去粗產(chǎn)品中少量鈉的試劑為。⑶碳還原SiO2制SiC,其粗產(chǎn)品中雜質(zhì)為Si和SiO2。先將20.0gSiC粗產(chǎn)品加入到過量的NaOH溶液中充分反應(yīng)，收集到0.1mol氫氣，過濾得SiC固體11.4g，濾液稀釋到1L，生成氫氣的離子方程式為，硅酸鹽的物質(zhì)的量濃度為。⑷下列敘述正確的有（填序號），①Na還原CCl4的反應(yīng)、Cl2與H2O的反應(yīng)均是置換反應(yīng)②水晶、干冰熔化時克服粒子間作用力的類型相同③Na2SiO3溶液與SO3的反應(yīng)可用于推斷Si與S的非金屬性強(qiáng)弱④鈉、鋰分別在空氣中燃燒，生成的氧化物中陰陽離子數(shù)目比均為1:218．硅是重要的半導(dǎo)體材料，構(gòu)成了現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)?；卮鹣铝袉栴}：⑴獲取知識和信息是現(xiàn)代人不可缺少的素質(zhì)，信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展離不開材料科學(xué)的推動，信息產(chǎn)業(yè)的核心材料是高純度單晶硅。下面是高純度單晶硅的生產(chǎn)方法之一：氣相沉積法H2HCl、Cl氣相沉積法H2HCl、Cl2CSiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸點31.5℃)Si高純硅→單晶硅近代用得較多的另一種方法(方法二)：用金屬硅化物(Mg2Si)與鹽酸作用制得硅烷(SiH4)；再熱分解硅烷可得高純硅。從方法一生產(chǎn)單晶硅的過程看，由碳還原得到的硅還要進(jìn)一步處理的原因是______________________________________。寫出方法二中，生產(chǎn)高純硅的兩個化學(xué)方程式：①______________________。②_____________________________。⑵硅主要以硅酸鹽、等化合物的形式存在于地殼中。⑶單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體，其中原子與原子之間以相結(jié)合。⑷單質(zhì)硅可通過甲硅烷(SiH4)分解反應(yīng)來制備。工業(yè)上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介質(zhì)中反應(yīng)制得SiH4，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。氮化硅(氮顯－3價，硅顯＋4價)是一種高溫陶瓷材料⑵氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除HF外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)．試推測該陶瓷被HF腐蝕的化學(xué)方程式__________________________________?，F(xiàn)用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。⑸在硅酸鹽中，SiO44-四面體(如下圖(a))通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結(jié)構(gòu)型式。圖(b)為一種無限長單鏈結(jié)構(gòu)的多硅酸根；Si與O的原子數(shù)之比為，化學(xué)式為19．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用炭在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅（反應(yīng)溫度450~500℃），四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：①四氯化硅遇水極易水解；②硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；③有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點/℃57.712.8—315—熔點/℃－70.0－107.2———升華溫度/℃——180300162請回答下列問題：⑴寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。⑵裝置A中g(shù)管的作用是；裝置C中的試劑是；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是。⑶裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾（類似多次蒸餾）得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是（填寫元素符號）。⑷為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2＋,再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋＝5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O①滴定前是否要滴加指示劑？（填“是”或“否”），請說明理由：。②某同學(xué)稱取5.000g殘留物后，經(jīng)預(yù)處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL試樣溶液，用1.000×10－2mol/LKMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。達(dá)到滴定終點時，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是。20．如何除去下列各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))，請選用下面提供的試劑和操作，將標(biāo)號填在表內(nèi)。供選試劑：A．鹽酸B．燒堿溶液C．氧氣D．水E．CO2F．不用其他試劑供選操作：①加熱②加熱熔融③過濾④結(jié)晶含雜質(zhì)的物質(zhì)所加試劑主要操作⑴SiO2(NaHCO3)⑵SiO2(CaCO3)⑶SiO2(Si)⑷NaCl(SiO2)答案1-5ADBDB6-10BCBCB11-15DADBDD16．