春化学必修第二册人教版新教材第三节无机非金属材料Word格式文档下载.docx

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主要原料

纯碱、石灰石、石英

石灰石、黏土

黏土

主要设备

玻璃熔炉

水泥回转窑

陶瓷窑

主要反应

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑、

SiO2＋CaCO3

CaSiO3＋CO2↑

主要成分

普通玻璃Na2SiO3、

CaSiO3、SiO2

硅酸三钙（3CaO·

SiO2）、硅酸二钙（2CaO·

SiO2）、铝酸三钙（3CaO·

Al2O3）

硅酸盐

知识点二　新型无机非金属材料

请结合本节内容，完成对上图物质的学习。

硅和二氧化硅

1．硅

（1）周期表中位置

位于元素周期表第三周期、第ⅣA族的硅元素，正好处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。

（2）自然界存在

硅在自然界主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。

（3）硅的制备与提纯

工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。

例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷（SiHCl3），再经氢气还原得到高纯硅。

SiO2＋2C

Si＋2CO↑。

（4）用途

高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。

利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及太阳能光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。

（5）化学性质

①常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF（氢氟酸）、强碱（如NaOH）溶液反应。

Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，见课后题

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

②加热条件下和某些非金属单质（如O2、Cl2）发生反应。

Si＋O2

SiO2。

2．二氧化硅

（1）存在：

SiO2广泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。

纯净的SiO2又称水晶。

（2）物理性质

状态

颜色

熔点

硬度

水溶性

晶体

无色

高

大

不溶

（3）化学性质

①具有酸性氧化物的通性：

a．常温下SiO2与强碱溶液反应生成盐和水：

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；

b．高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：

SiO2＋CaO

CaSiO3。

②弱氧化性：

Si（粗）＋2CO↑。

③特性：

与氢氟酸（HF）反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

此反应常被用来刻蚀玻璃。

3．光导纤维　主要成分：

4．新型陶瓷

5．碳钠米材料

微判断

（1）因为硅的化学性质不活泼，所以在自然界中有游离态的硅存在（　　）

（2）SiO2是酸性氧化物，所以SiO2能与H2O反应生成硅酸（　　）

（3）因为SiO2能导电，所以SiO2能用于制造光导纤维（　　）

（4）熔融NaOH可用石英坩埚盛放（　　）

（5）SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的（　　）

（6）光导纤维在强碱条件下易发生“断路”（　　）

（7）硅酸钠可以改写为Na2O·

SiO2，故硅酸钠是混合物，含有Na2O和SiO2（　　）

（8）硅酸钠俗称水玻璃，是一种防火剂（　　）

（9）硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质（　　）

（10）普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石（　　）

（11）光电池可以将光能直接转化为电能（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）×

　（6）√　（7）×

　（8）×

　（9）√

（10）√　（11）√

微训练

1．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是（　　）

A．氮B．硫

C．硅D．氯

解析　玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。

答案　C

2．下列关于硅及二氧化硅的化学性质的化学方程式书写错误的是（　　）

A．硅与氢氟酸反应：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑

B．硅与烧碱溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

C．硅与盐酸反应：

Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑

D．二氧化硅在高温下被C还原：

Si＋2CO↑

解析　常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。

加热或高温条件下能与C、Cl2、O2等发生反应，化学方程式分别为Si＋C

SiC、Si＋2Cl2

SiCl4、Si＋O2

3．下列关于硅、硅酸盐的说法正确的是________（填序号）。

①硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫硅石。

②硅的导电性介于导体与绝缘体之间。

③硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应。

④水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐材料。

⑤高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维。

解析　①硅在自然界中只有化合态，没有游离态，硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，硅石的主要成分是SiO2，①不正确；

②正确；

③硅在常温下能与F2、HF和强碱溶液反应，③不正确；

④水晶的成分是SiO2，④不正确；

⑤SiO2用于制光导纤维而不是硅，⑤不正确。

答案　②

微思考

1．制造玻璃时发生以下反应：

Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑。

该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？

为什么？

提示　不能。

SiO2与Na2CO3反应，是在高温下，且生成的产物是CO2气体，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3酸性强于H2CO3。

2．单质硅在常温下化学性质不活泼，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？

提示　错误。

硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧相互化合，以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。

所以自然界中无游离态的硅存在。

学习任务1　硅及其化合物的特性和制备

工业制备高纯硅的原理示意图

其中涉及的主要化学反应为：

①SiO2＋2C

②Si＋3HCl

SiHCl3＋H2

③SiHCl3＋H2

Si＋3HCl

1．硅及其化合物特性

（1）Si、SiO2都能与氢氟酸反应。

（2）常见单质中能与NaOH溶液反应产生H2的有金属Al，非金属Si。

（3）粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2。

（4）硅酸是不溶于水的弱酸。

2．硅单质的化学性质

（1）在常温下，能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应

①与氟气反应：

Si＋2F2===SiF4

②与氢氟酸反应：

③与NaOH溶液反应

（2）加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应

①与O2反应：

SiO2

②与Cl2反应：

Si＋2Cl2

SiCl4

③与C反应：

Si＋C

SiC

3．硅的制备

硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：

（1）粗硅的制备：

2C＋SiO2

Si（粗硅）＋2CO↑

（2）纯硅的制备：

Si（粗硅）＋2Cl2

SiCl4、SiCl4＋2H2

Si（纯硅）＋4HCl。

【例题1】　高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。

它可以按下列方法制备：

Si（粗）

SiHCl3

Si（纯）

下列说法正确的是（　　）

A．步骤①的化学方程式为SiO2＋C

Si＋CO2↑

B．步骤①②③中每生成或反应1molSi，转移4mol电子

C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应

D．SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点67.6℃），通过蒸馏（或分馏）可提纯SiHCl3

解析　A项，产物应为CO，错误；

B项，第②、③步中转移2mol电子，错误；

C项，硅可与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，错误；

D项，根据物质的沸点不同可用蒸馏的方法进行分离，正确。

答案　D

变式训练1　下列关于硅的说法中，错误的是（双选）（　　）

A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体

B．单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度大，熔点高

C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应

D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

解析　硅虽然外形像金属（有金属光泽），但实际上属于非金属；

硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；

硅的化学性质不活泼，常温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。

答案　BC

学习任务2　（核心素养）硅酸盐的组成和性质

一、知识要点

1．表示方法

（1）化学式法：

如硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）等。

此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。

（2）氧化物法：

一般用于组成比较复杂的硅酸盐。

①各氧化物的排列顺序：

较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→SiO2→H2O。

②氧化物化学式之间用“·

”隔开。

③氧化物前系数配置原则：

除氧元素外，其他元素均表示成化合价相同的氧化物，并按前后原子个数守恒原则配置系数。

④系数出现分数时化为整数。

如石棉：

Mg3Ca（SiO3）4→CaO·

3MgO·

4SiO2。

2．性质

（1）多数硅酸盐难溶于水，常见易溶于水的硅酸盐有Na2SiO3、K2SiO3等。

（2）一般硅酸盐熔点高，化学性质稳定，耐高温，难分解。

（3）硅酸酸性弱，且不溶于水，所以硅酸盐能与酸反应。

3．硅酸钠

（1）物理性质：

可溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。

“水玻璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。

（2）化学性质：

易与酸反应。

与强酸反应：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

与CO2反应：

CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；

CO2过量，Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓。

二、核心素养

硅酸盐表示方法⇒培养学生宏观辨识与微观探析能力

硅酸盐的性质⇒提高学生证据推理与模型认知水平

【素养解题】

[典例示范]　矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。

此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。

例如，钾长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土[Al2Si2O5（OH）4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO

＋4H2SiO3＋Al2Si2O5（OH）4。

（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：

①KAlSi3O8_______________________________________________________