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1、第四章非金属及其化合物,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,第四章非金属及其化合物,自主学习,一、硅元素1.含量：硅在地壳中含量为26.3%，仅次于_。2.原子结构：硅的原子结构示意图为_。最外层电子数为_个，其原子既不易失去也不易得到电子,主要形成四价的化合物。,氧,4,3.存在：硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧相互化合，以熔点很高的_及_形式存在于岩石、沙子和土壤中，占地壳质量的90%以上。二、二氧化硅1.存在SiO2存在形态有_形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是_。,氧化物,硅酸盐,结晶,SiO2,2.结构SiO2晶体是_空间
2、网状结构，每个Si周围结合_个O，每个O周围有_个Si，SiO_。3.物理性质熔点：_；硬度：_；溶解性：_溶于水。,四面体,4,2,12,高,大,不,SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,SiO24HF=SiF42H2O,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)石英和玛瑙制作饰物和工艺品；(4)实验室中使用石英坩埚。,光导纤维,想一想1实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡皮塞，而不用玻璃塞？提示：玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH溶液反应生成黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口粘在一起，不易打开。,三、硅酸1.物理
3、性质颜色：_；状态：胶状固体；溶解性：_溶于水。2.化学性质(1)弱酸性向Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，化学方程式为：,白色,难,_。结论(酸性)：H2SiO3_H2CO3。(2)不稳定性H2SiO3不稳定，受热易分解，化学方程式为：_。,Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3,H2SiO3 SiO2H2O,3.制备,红,无,白色胶状物质,碱,Na2SiO32HCl,=2NaClH2SiO3(胶体),4.硅胶,SiO2,干燥剂,催化剂,四、硅酸盐1.概念硅酸盐是由_、氧和金属组成的化合物的总称。2.硅酸盐的性质硅酸盐是一类结构复杂的固态物质，大多_于水，化学性质很稳定。
4、,硅,不溶,3.硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：Na2SiO3：Na2OSiO2；红柱石：Al2SiO5Al2O3SiO2。,4.最常见的硅酸盐Na2SiO3,5.常见的硅酸盐产品,玻璃窑,6.其他含硅的物质,想一想2.二氧化硅能溶于水生成硅酸吗？若不能，如何用二氧化硅制取硅酸？提示：二氧化硅不溶于水，也不与水反应，应使二氧化硅先与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠，然后再通入二氧化碳气体，即可生成硅酸沉淀。,五、硅单质1.种类及结构单质硅分为晶体硅和_两类，晶体硅的结构与_类似。2.性质(1)物理性质,无定形硅,金刚石,(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但
5、能与_、_发生反应。3.用途(1)半导体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光电池等。,氢氟酸,强碱,自主体验1.下列叙述中，正确的是()A自然界中存在大量的单质硅B石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱的溶液发生化学反应D自然界中硅元素都存在于石英中,解析：选B。自然界中硅的含量很高，但都是以化合态存在，A选项错误；硅是亲氧元素，主要以氧化物及硅酸盐形式存在，D项错误。二氧化硅的化学性质很稳定，C项错误。,2.(2012河南焦作高一期末)硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的
6、是(),解析：选C。玛瑙、光导纤维、水晶的主要成分都是SiO2，太阳能电池板主要材料是硅单质。,解析：选D。由于H2SiO3的酸性比碳酸要弱，故将水玻璃露置在空气中时，会发生以下反应而变质：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。,探究导引1 为什么CO2和SiO2在化学性质上具有一定的相似性而物理性质差异很大？提示：因为二者结构不同，SiO2为立体网状结构。,探究导引2 CO2与酸不反应，SiO2是否与酸反应？提示：SiO2可与氢氟酸反应。,要点归纳,特别提醒(1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。(2)CO2与H2O能反应，但SiO2不溶于水也不与水反应；S
7、iO2与氢氟酸能反应，但CO2不与酸反应。,即时应用,解析：选C。CO2的熔沸点低，溶于水，SiO2的熔沸点高，硬度大，不溶于水，两者是酸性氧化物和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应是SiO2的特殊性质,不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱,B错；SiO2和HF反应也是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。,探究导引3能与NaOH溶液反应产生H2的单质只有金属Al吗？提示：不是，还有Si。探究导引4欲鉴别单质硅和碳可选择什么试剂？提示：可用NaOH溶液，能反应的为硅。,要点归纳,特别提醒(1)Si、SiO2都能与氢氟酸反应；(2)粗硅制备时，要隔绝空
8、气,在电炉中进行,且生成的是CO而不是CO2。,即时应用2.有关硅元素的下列叙述中正确的是()A硅与任何酸都不反应B硅元素是构成矿物岩石的主要成分之一,其化合态几乎全部是氧化物和硅酸盐C硅的性质很稳定，能以游离态形式存在于自然界中D常温时硅不与任何物质反应,解析：选B。硅是亲氧元素，在自然界中全以化合态形式存在，主要是氧化物和硅酸盐的形式，B对，C错；常温时,硅能与氟气、氢氟酸、氢氧化钠溶液等发生反应，A、D都错。,(2012大同高一检测)下列关于二氧化硅的说法中，错误的是(双选)()A二氧化硅也叫硅酸酐B二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成,C不能用二氧化硅与水直接作用制取硅酸D二氧化硅
9、既能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物,【解析】【答案】BD,下列说法正确的是(),【解析】硅酸不溶于水，但与NaOH溶液反应：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，A项错误。B项中该反应之所以能发生是在高温条件下，CO2以气体形式逸出，使反应进行得比较彻底，是利用SiO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱。C项符合“强酸制弱酸”的一般规律。SiO2不溶于水,也不能与水反应，D项错误。【答案】C,【名师点睛】比较酸性强弱，一般在水溶液体系中，符合强酸制弱酸原理。高温下，符合难挥发性酸制易挥发性酸原理。,A、B、C、D、E五种含硅元素的物质，相互转化关系如
10、图所示：,(1)推断AE的化学式：A_，B_，C_，D_，E_。(2)写出BA的化学方程式_。AC的离子方程式_。,【解析】在空气中燃烧生成D，B可能为Si，B和D都能与NaOH溶液反应生成A，则A为Na2SiO3，A和盐酸反应生成C，C为H2SiO3，H2SiO3受热分解又生成SiO2，证明B为Si，E为CaSiO3。,【答案】(1)Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3(2)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 2H=H2SiO3,【规律方法】含硅化合物之间的“三角转化”关系，是推断含硅化合物推断题的重要突破口，其转化关系如图。,经典案例晶体硅是一种重要的非金属材料。制备
11、纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HCl=SiHCl3H2；SiHCl3(沸点：33.0)与过量H2在10001100 反应制得纯硅。,(已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置均已略去)。,根据以上信息，回答下列问题：(1)请写出第步制备粗硅，装置D中发生反应的化学方程式，并指出三个步骤中发生的反应属于置换反应的是哪几个？(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0)中含有少量SiCl4(沸点57.6)和HCl(沸点84.7)，那么该如何提纯SiHCl3?(3)装置B中的试剂是什么？其作用是什么？,【答案】(1)在高温条件下，用C还原SiO2生成CO和粗硅，化学方程式为2CSiO2 2COSi；据步骤可写出装置D中发生的反应为SiHCl3H2 Si3HCl，所以三个步骤中发生的反应都属于置换反应。,(2)分离、提纯不同沸点的液体可以采用分馏或蒸馏。(3)用Zn和稀硫酸制得的H2中会混有少量H2O，而SiHCl3能与H2O剧烈反应，所以要进行干燥，根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸。,
