新教材课件硅文档格式.docx
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要点二、硅的氧化物—二氧化硅
1.二氧化硅的存在
(1)硅元素在自然界中的存形式:
●①在地壳中,硅的含量在所有的元素中居第二位(质量分数26.3%),仅次于氧。
●②存在形态:
自然界中无游离态的硅。
硅的化合物几乎全部是二氧化硅和硅酸盐,它们广泛地存在于地壳的各种矿物和岩石中。
硅是构成矿物和岩石的主要元素。
(2)SiO2的存在
●地球上存在的天然SiO2约占地壳质量的12%,其存在形态有结晶形和无定形两大类,统称硅石。
●晶体形式存在的SiO2主要有水晶和玛瑙,水晶是无色透明的石英晶体,玛瑙是具有彩色环带状或层状的石英晶体。
沙子中含有小粒的石英晶体。
●无定形SiO2,硅藻土
“晶体”是有规则几何外形的固体,晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性排列。
“无定形”是指原子或分子无规则排列,无周期性、无对称性的固体叫无定形。
2.二氧化硅的结构
在SiO2晶体中,每个硅原子周围结合4个氧原子;
同时,每个氧原子跟2个硅原子相结合。
实际上,SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1︰2的比例所组成的立体网状的晶体。
晶体中不存在单个的“SiO2”分子。
3.二氧化硅的性质
物理性质:
二氧化硅是无色透明晶体或白色粉末,熔点高、硬度大、难溶于水。
化学性质:
SiO2是酸性氧化物,常温下化学性质很不活泼,不与水、酸反应(氢氟酸除外),能与强碱溶液、氢氟酸反应,高温条件下可以与碱性氧化物反应。
(1)酸性氧化物的通性
二氧化硅是酸性氧化物,能与强碱、碱性氧化物及某些盐等反应,但不与水反应。
①SiO2与强碱反应生成盐和水,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。
【要点诠释】
硅酸钠具有粘性,所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶(磨砂玻璃中SiO2裸露,能与碱性溶液反应)存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液,避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住,打不开,应用橡皮塞。
②SiO2与碱性氧化物反应生成盐,如:
SiO2+CaO=CaSiO3。
③高温条件下,SiO2可以与Na2CO3、CaCO3等反应,化学方程式分别是:
(2)与氢氟酸反应(SiO2的特性)
SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等强酸反应,常温下只能与氢氟酸反应,
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。
玻璃中含有SiO2,氢氟酸可以刻蚀玻璃,所以盛放氢氟酸要用塑料瓶,而不能用玻璃瓶。
同样,实验室中制备氢氟酸也要在铅皿中进行。
(3)弱氧化性
二氧化硅中硅元素的化合价为+4价,这是硅元素的最高正化合价,因此具有一定的氧化性,如在高温下SiO2能被C、Mg等还原。
SiO2+2Mg
Si+2MgO
SiO2+2C
Si+2CO↑
【思考】SiO2+2C
Si+2CO↑中,SiO2是氧化剂,表现氧化性,C为还原剂,表现还原性,根据氧化性,还原性强弱判断方法知还原性:
C>
Si。
而事实上硅的还原性比碳强,这是为什么呢?
提示:
因为在高温条件下反应生成了气态的CO,促进了反应的进行,所以高温下硅单质可以用碳来制取。
5.用途
制光导纤维、石英玻璃、石英钟表等;
制造电子工业中的重要部件、光学仪器、高级工艺品、眼镜片、精密仪器、轴承、耐磨器皿等;
制作装饰品。
6.危害
在隧道开凿,石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘,人长期吸入含有二氧化硅的粉尘,就会患硅肺病(旧称矽肺)。
7.SiO2和CO2的比较
SiO2和CO2都具有酸性氧化物的性质,但由于SiO2晶体中不存在单个分子,而是立体网状结构,而CO2为独立的小分子,分子之间的作用力很小,因此二者又存在很大的差异。
名称
二氧化碳
二氧化硅
化学式
CO2
化学式的意义
表示二氧化碳分子及其组成
表示二氧化硅晶体中硅氧原子个数比
通常状况下的状态
气态
固态
硬度
很小
很大
溶解性
可溶于水
不溶于水
熔沸点
很低
很高
稳定性
稳定
很稳定
与水反应
CO2+H2O=H2CO3
不反应
与碱性氧化物反应
CO2+CaO=CaCO3
SiO2+CaO
CaSiO3
与NaOH反应
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
与酸反应(HF)
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
弱氧化性
CO2+C
2CO
SiO2+2C
Si+2CO↑
与Na2CO3等反应
CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
用途
干冰(固态CO2)常用于人工降雨、制饮料、制碳酸盐、灭火等。
饰物、工艺品、建筑材料、光导纤维、光学仪器。
要点三、硅酸--H2SiO3
1.硅酸
二氧化硅对应的水化物是硅酸,即二氧化硅是硅酸的酸酐。
与一般的酸相比,硅酸的组成与结构都复杂得多,常用化学式H2SiO3来简单地表示硅酸。
不溶于水的白色胶状物,能形成硅胶,吸附水分能力强
◆化学性质:
⏹①弱酸性
◆硅酸是一种比碳酸还要弱的酸,它不溶于水,不能使指示剂变色。
◆与碱反应生成盐和水:
H2SiO3+2OH-=2H2O+SiO32-
⏹②不稳定性
◆硅酸受热易分解H2SiO3=SiO2+H2O
⏹③硅酸的制备
◆SiO2不能与水反应生成硅酸。
◆实验室制取硅酸常用的方法是Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3(胶体)
①硅酸是一种白色胶状物,难溶于水。
②硅酸有不同的组成,为了简便,我们用H2SiO3代表硅酸。
③H2SiO3浓度大小不同,形成硅酸胶体的种类不同;
硅酸胶体最终凝聚成为硅酸沉淀。
④硅酸的酸性小于碳酸的酸性,所以也可以把CO2通入可溶性硅酸盐溶液中来制取硅酸:
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(胶体)+Na2CO3
2.硅酸性质的探究
(1)实验原理
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓。
(2)实验步骤
在饱和Na2SiO3溶液中逐滴加入1~2滴酚酞,再逐滴加入稀盐酸,溶液红色变浅直至消失,停止加入,可以看到先生成的H2SiO3逐渐聚合而形成胶体——硅酸。
(3)实验现象
加入酚酞后,溶液变红,再滴入稀盐酸,红色变浅,继续加入稀盐酸,红色消失,有白色胶状沉淀生成。
(4)实验结论
◆①Na2SiO3的水溶液呈碱性。
◆②Na2SiO3溶液能够与稀盐酸反应生成硅酸。
◆③H2SiO3胶体最终凝聚成为H2SiO3沉淀。
3.硅酸的用途
新制备的H2SiO3逐渐聚合而形成胶体——硅酸溶胶,硅酸浓度较大时,则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。
硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,称为“硅胶”。
硅胶多孔,吸附水分能力强,常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。
要点四、硅酸盐
1.硅酸钠(Na2SiO3)
(1)物理性质:
白色固体,俗名泡花碱,易溶于水,其水溶液是无色黏稠液体,是一种矿物胶,又叫水玻璃。
(2)化学性质:
◆①与酸反应:
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl
◆②与CO2反应:
◆③Na2SiO3不能燃烧,不易被腐蚀,热稳定性良好。
(3)实验探究硅酸钠的性质
耐火性
实验操作
实验现象
实验结论
蒸馏水浸过的滤纸条,当水分蒸发后就着火燃烧,饱Na2SiO3溶浸过的滤纸条,水分蒸干后不燃烧。
用Na2SiO3水溶液浸泡过的物质可防火
碱性
滴入酚酞溶液后,溶液显红色;
滴入盐酸后,红色逐渐消失,同时生成透明胶状物质。
Na2SiO3溶液显碱性,可跟酸发生反应
Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl
SiO32-+2H+=H2SiO3↓
①制备硅酸和硅胶;
②用作黏合剂、防腐剂;
③用作木材防火剂。
硅酸盐变质
Na2SiO3可以与空气中的CO2和H2O反应:
CO2+Na2SiO3+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3,使Na2SiO3变质
2.硅酸盐的概念、性质及用途
(1)概念:
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
(2)硅酸盐的化学性质
硅酸盐是一类结构复杂的固态物质,大多不溶于水,化学性质很稳定。
◆①硅酸盐有很强的热稳定性,即能耐高温。
◆②硅酸盐易与酸发生反应,如:
◆SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3↓+CO32-
◆SiO32-+2H+=H2SiO3↓
(3)硅酸盐组成的表示方法
硅酸盐的种类繁多、结构复杂,其组成的表示方法有两种。
◆①盐化学式法:
如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3),此方法一般适用于组成较简单的硅酸盐。
◆②氧化物法:
如硅酸钠(Na2O·
SiO2)、石棉(3MgO·
CaO·
4SiO2)
(4)传统硅酸盐产品
水泥
玻璃
陶瓷
主要原料
石灰石、黏土、石膏
纯碱、石灰石、石英
黏土反应
原理
发生复杂的物理、化学变化
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
发生复杂的物理化学变化
主要成分
硅酸三钙(3CaO·
SiO2)
硅酸二钙(2CaO·
铝酸三钙(3CaO·
Al2O3)
Na2O·
6SiO2
典型设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
(5)新型功能材料
①高温结构陶瓷
◆a结构材料:
是指利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料,如金属单质及合金等。
◆b高温结构陶瓷的性能:
高温结构陶瓷既具有传统意义上的陶瓷的优点,又弥补了金属材料的缺点,其优点是:
能经受高温、耐氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度较小等。
◆c高温结构陶瓷的品种:
已得到广泛使用的有氧化铝陶瓷,氮化硅陶瓷,碳化硼陶瓷等。
◆d普通柴油机是用金属制作的,金属制品在高温时容易损坏,必须有一个水箱进行冷却;
这样就会使大量的热散失到空气中而浪费掉。
氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、不易传热等优点,用它做的柴油机不需水冷却,热效率大大提高。
②光导纤维
光导纤维即光纤,其工作原理是利用光纤材料具有较大的折射率,光可在其中传导而很少损耗的性质,从而可用光纤来传送光学信号。
多条经过处理的光纤绕在一起就成为光缆,光纤主要应用于通讯,具有容量大,抗干扰性能好,不发生电辐射,通讯质量高,防窃听等诸多优点;
另外光纤还用于医疗、信息处理、传输图像、照明等许多方面。
【课堂练习】
1.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )
A.水玻璃是一种矿物胶,既不燃烧也不受腐蚀
B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D.水玻璃的化学性质稳定,在空气中不易变质
2.硅酸钠被国家列为“我国优先发展的精细化学品”和“今后我国无机化工产品发展重点”之一.如图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铁等杂质)制备硅酸钠的工艺流程示意简图:
(1)要将上流程图中洗出液中的溶质析出,采用的方法是______.
A.蒸发结晶
B.冷却结晶
C.先蒸发,再冷却结晶
D.先冷却,再蒸发结晶
(2)在以上流程中,要将洗净的石英砂研磨成粉末,目的是______.
A.增加反应物的浓度,增大化学反应速率,提高生产效率.
B.作为催化剂载体,增加反应物与催化剂接触面积,增加反应速率,提高生产效率.
C.增加反应物之间的接触面积,增大反应速率,提高生产效率.
D.增加正反应速率,减小逆反应速率,使平衡向正反应方向移动,降低生产成本.
(3)蒸发时用到的硅酸盐仪器有______.
(4)上流程中加入NaOH溶液,反应的离子方程式是______.
(5)硅酸钠溶液呈碱性,其原因是(用一离子方程式表示)______.硅酸钠的用途很广,其中的一种用途是______.
(6)用上流程中的残渣来焊接铁轨,反应的化学方程式是______
2Fe+Al2O3
3.下列说法中不正确的是( )
A.硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅
B.水泥、普通玻璃都是混合物
C.生产水泥和玻璃都必须用石灰石
D.用纯净的石英制成石英玻璃,它的膨胀系数小,常用来制造耐高温的化学仪器
4.据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土.下列关于二氧化硅的说法中,正确的是
A.二氧化硅溶于水显酸性,所以二氧化硅属于酸性氧化物
B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液可以得到硅酸
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强
D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸
5.硅单质及其化合物应用很广.请回答下列问题:
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅.三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式 .
②整个制备过程必须严格控制无水、无氧.SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式 ;
(2)下列有关硅材料的说法正确的是 .
A.单质硅化学性质稳定,但可以被强碱溶液腐蚀
B.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
C.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高
D.光导纤维的主要成分是SiO2
(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃.取少量硅酸钠溶液于试管中,逐滴加入盐酸,振荡.写出实验现象并给予解释(用化学方程式说明) .
(4)在人体器官受到损伤时,需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内,这种材料是 (填字母).
A.高温结构陶瓷 B.生物陶瓷 C.导电陶瓷.
6.光导纤维的主要成分是SiO2,下列叙述正确的为
A.SiO2的摩尔质量为60
B.标况下,15gSiO2的体积为5.6L
C.SiO2中Si和O的质量比为7:
8
D.相同质量的SiO2和CO2中所含O原子的数目相同
7.将过量的二氧化碳通入下列溶液中,最终呈现浑浊现象的是()
A.氯化钙溶液
B.硅酸钠溶液
C.澄清的石灰水
D.硝酸钡溶液
8.由下列实验事实得出的结论正确的是
A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3,可知SiO2不是酸性氧化物
B.由SiO2+2C
Si+2CO↑,可知碳的非金属性大于硅
C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀,可知酸性H2CO3>
H2SiO3
D.SiO2可与NaOH溶液反应,也可与氢氟酸反应,可知SiO2为两性氧化物
9.下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
A.晶体硅是最早使用的半导体材料
B.盛NaOH溶液的试剂瓶塞可用玻璃塞
C.水泥、玻璃、水晶都是硅酸盐制品
D.自然界中没有单质硅
10.元代青花瓷的制作原料采用瓷土加高岭土[主要成分Al2Si2O5(OH)x]的“二元配方”,青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8),在1300℃左右高温一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。
(1)下列说法正确的是________。
A.高岭土化学式中x=2
B.钾长石能完全溶于盐酸
C.烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化,但没有化学变化
D.青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
(2)工业上可利用海边石英砂生产粗硅,其主要原理:
工业上可通过下图所示流程由粗硅进一步制纯硅:
①反应a的化学方程式为Si(粗)+3HCl(g)
SiHCl3(l)+H2(g),反应b的化学方程式为______________________________。
②以上工艺中可循环使用的物质是________。
③若上述两步反应中硅元素的利用率均为80%,制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC,则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂________吨。
11.下列有关SiO2的叙述中错误的是
A.SiO2是酸性氧化物,它对应的水化物是硅酸(H2SiO3)
B.硅酸可由SiO2跟水反应制得
C.SiO2可与碱性氧化物或强碱反应
D.光导纤维的主要原料就是SiO2
12.硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角色,被誉为无机非金属材料的主角.
(1)下列物品用到硅单质的是
A.玻璃制品B.石英钟表C.计算机芯片D.光导纤维
(2)实验室盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用磨口玻璃塞,请用离子方程式说明原因:
(3)根据水泥和玻璃的生产过程,总结出硅酸盐工业的一般特点是
①原料一定有含硅元素的物质
②生成物是硅酸盐
③反应条件是高温
④发生复杂的物理、化学变化
A.①②B.①②③C.①③④D.①②③④
(4)根据下列化学方程式回答问题:
SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO
①请在方程式上标出该反应的双线桥 .
②在该反应中,若上述反应制得14gCO,则转移的电子数目是 个.
13.下列关于SiO2和CO2的说法中不正确的是
A.CO2和SiO2都能与碱及碱性氧化物反应
B.CO2和SiO2都能与水反应生成相应的酸
C.CO2和SiO2都能与焦炭反应生成CO
D.SiO2可用于制光导纤维,干冰可用于人工降雨
14.下列说法错误的是
A.SiO2是难溶于水的酸性氧化物
B.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
C.SiO2不能与任何酸反应
D.碳化硅(SiC)具有金刚石的结构,硬度很大
15.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.用二氧化硅制取单质硅时,当生成2.24L气体(标准状况)时,得到2.8g硅
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
16.无论是从在国民经济中的地位来看,还是从科学发展的角度来看,硅都发挥着重要的作用.
(1)人类使用硅酸盐产品(陶瓷等)的历史已经快一万年了,但在1823年才获得单质硅,瑞典化学家贝采尼乌斯用金属钾还原SiF4获得单质硅,写出化学方程式 .
(2)由于制取方法和条件的不同,得到的单质硅形态不同,其性质也不同.
①用铝热法还原氟硅酸钾制得较纯净的晶体硅:
4Al+3K2SiF6=3Si+2KAlF4+2K2AlF5,关于该反应的说法正确的是 (填序号).
A.Al是还原剂B.氧化产物只有KAlF4
C.每转移6NA电子,得到42gSiD.Al元素在KAlF4和K2AlF5中化合价不同
②用白砂子与镁粉混合在高温条件下得到无定形硅,反应的化学方程式为 .
(3)在野外,为了迅速得到氢气,用硅粉与干燥的Ca(OH)2和NaOH混合,并加强热,即可迅速得到H2、Na2SiO3、CaO.这种混合物叫做生氢剂.请写出该反应的化学方程式 .
17.经过下列试验,溶液中不会出现浑浊或沉淀的是()
A.饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2
B.水玻璃溶液中通入足量CO2
C.Ca(HCO3)溶液中加入过量KOH溶液
D.CO2通入CaCl2溶液中
18.碳酸的酸性比硅酸强,某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。
其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( )
A.CO2溶于水形成碳酸,SiO2难溶于水
B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C.高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成CO2
D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体,通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
19.将足量的CO2通入下列溶液中,能产生沉淀的是()
A.硅酸钠溶液
B.石灰水
C.氯化钡溶液
D.氯化钙溶液
20.下列关于碳酸(H2CO3)和硅酸(H2SiO3)的说法中不正确的是( )
A.两者均为弱酸
B.两者均可使紫色石蕊试液变红色
C.CO2气体通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸
D.两者受热时均可以分解
21.下列有关说法正确的是( )
A.水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料都不溶于水,所以所有的硅酸盐都不溶于水
B.水泥的主要成分有硅酸三钙(3CaO•SiO2)、硅酸二钙(2CaO•SiO2)及其他一些成分,所以硅酸盐都是氧化物
C.陶瓷分为土器、陶器、瓷器、炻器,与原料粘土的纯度有关
D.普通玻璃是透明的,所以硅酸盐也是透明的
22.下列有关制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中,错误的是( )
A.生产所用设备相同
B.反应都在高温的条件下进行
C.原料中均有石灰石
D.都发生复杂的物理、化学变化
23.材料的获得过程涉及多种技术和设备.请回答下列有关问题:
(1)传统的硅酸盐材料包括陶瓷、玻璃、水泥,这些材料的制备过程均涉及___________操作工艺;
水泥和玻璃生产过程中均使用的原料是___________.
复合材料的应用极为广泛,大到航空航天,小到人们的日常生活.复合材料包括基体和___________两部分.玻璃钢是一种复合材料,该复合材料是由合成树脂和___________复合而成.
(3)生铁的冶炼原理是在高温下将铁从其氧化物中还原出来,工业上一般以铁矿石、焦炭、石灰石和空气为原料在___________(填设备名称)中炼制生铁.生铁冶炼成钢的过程是在高温下用___________剂将过多的碳和其它杂质除去.
(4)高分子材料包括塑料、橡胶、纤维等.合成这些材料的方法有加聚反