学年高中化学第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料学案鲁科版必修Word文档格式.docx
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还原（用H2还原）：
SiCI4+2H2====Si（纯）+4HCI。
（5）硅的用途
硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛用于计算机技术领域，如制造晶体管、硅芯片、
集成电路。
硅还可用于制造硅整流器、太阳能电池及硅合金等。
【例1下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（）
A.加热到一定温度时，其单质都能与氧气等非金属反应
B.常温下，碳单质化学性质活泼，硅单质化学性质不活泼
C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D.碳和硅两种元素都有能导电的单质，在自然界中均有单质和化合态
答案A
解析碳原子和硅原子最外层电子数都是4个，不容易得到或失去电子，化学性质都不活泼，
B项错误；
硅在常温下能与氟气、氢氟酸、氢氧化钠溶液反应，C项错误；
石墨和晶体硅都能
导电，在自然界中有单质碳，也有化合态碳，但在自然界中只有化合态硅，没有游离态的硅，D项错误；
在加热条件下碳和硅都能与氧气等非金属单质反应，A项正确。
【例2高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，它可以按下列方法进行制备：
1C②HCI③过量H
Si°
2高贰Si（粗）300°
C'
SiHCI31000-1100tSi（纯）
下列说法不正确的是（）
A.①②③均属于氧化还原反应
B.SiHCI3（沸点31.8C）中含有少量的SiCI4（沸点57.6C），通过蒸馏可提纯SiHCI3
C.氢气和氯化氢均可循环利用
D.反应①的化学方程式为SiO2+C====Si+COf
答案D
解析反应①是二氧化硅与焦炭反应生成硅和一氧化碳，反应②是硅与氯化氢反应生成三氯
甲硅烷（SiHCI3）和氢气，反应③是三氯甲硅烷（SiHCI3）与氢气反应生成硅和氯化氢，三个反
应中都有单质参加反应并有新单质生成，一定有元素的化合价发生变化，它们都是氧化还原反应；
SiHCI3与SiCI4的沸点相差较大，所以可通过蒸馏除去SiCI4；
在高纯硅的生产流程中，氢气和氯化氢可以重复利用；
二氧化硅与C在高温条件下反应生成Si和CQ不是二氧化碳。
CO而不是CQ;
教材中粗硅
易错警示二氧化硅与焦炭在咼温下制取粗硅的反应中生成的是
CI2|_2高温高温
提纯过程为粗硅一高—訂SiCI4――詁Si（高纯硅），反应为Si+2CI2高温=SiCI4、SiCI4+2f高温=Si
+4HCI。
二、二氧化硅与光导纤维
1.二氧化硅的存在
二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。
沙是含较多杂质的SiO2;
石英
是含较少杂质的SiO2；
水晶是透明的石英晶体；
玛瑙是含有色杂质的石英晶体；
硅藻土是无定形SiQ。
2.二氧化硅的结构
SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1：
2的比例组成的立体网状结构的晶体。
3.物理性质
熔点高，硬度大；
溶解性：
不溶于水。
4.化学性质
列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。
CO
SiO2
物理性质
气体，熔、沸点低，能溶于水
固体，熔、沸点高，硬度大，不
溶于水
与碱性氧
化物反应
CaO^CO===CaCO
咼温
CaOFSiO2====€aSiO3
与碱液反应
2NaOHFCO===NaCO+HO（CO少量）
SiO2+2NaOH===MSiO3+H2O
与HO反应
CO+HOfCO
不与水反应
与酸反应
不反应
只与HF反应，SiO2+
4HF===SiFf+2HO
相同点
都是酸性氧化物（酸酐），与碱反应生成盐和水
5.二氧化硅的用途
（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原料，可以制作光导纤维。
（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。
6.光导纤维
光导纤维，简称“光纤”，是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝；
具有信息容量大，抗干扰性能好、耐腐蚀等特点。
常用于通讯、能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械（如光导纤维内窥镜）制造等方面。
【例3关于二氧化硅，下列叙述正确的是（填序号）。
1化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚
2是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸
3物理性质与CO相似
4Si02晶体是由Si02分子直接组成的
5水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是Si02
6光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”
答案⑤⑥
解析①Si02晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，Si02与NaOH发生反应，熔
融Na0H固体不能用石英坩埚，①不正确；
②Si02属于酸性氧化物，与H20不反应，但能与HF反应，②不正确；
③Si02与C0结构不同，物理性质差别很大，③不正确；
④Si02晶体是由Si、0原子构成的，不含Si02分子，④不正确；
⑤正确；
⑥光导纤维主要成分为Si02，Si02
与碱反应，因此易发生“断路”，⑥正确。
【例4二氧化硅是玻璃的主要成分之一。
下列说法不正确的是（）
A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
答案B
解析二氧化硅是硅原子和氧原子按1：
2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点
高、硬度大的固体；
二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；
磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；
氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。
思维启迪
（1）盛放碱性溶液（如氢氧化钠溶液）的试剂瓶应用橡胶塞或软木塞，而不能用磨口玻璃塞。
（2）氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，常用塑料瓶盛放氢氟酸。
（3）石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体。
三、硅酸盐与无机非金属材料
1.硅酸盐
硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。
遲简单的硅酸盐是
硅酸钠，是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃
（1）若取两个小木条（或滤纸条），分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液中浸泡，取出稍沥干后，
同时分别放置在酒精灯外焰处，观察到的现象是用蒸%
液浸泡的木条不燃烧，由此可得出的实验结论是硅酸钠耐高温，不能燃烧。
（2）在盛有饱和硅酸钠溶液的试管中，滴加2〜3滴酚酞溶液，观察到的现象是溶液变为红色；
再滴加稀盐酸观察到的现象是溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程
式是Na2SiO3+2HCI===HSiO3J+2NaCI。
（3）若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是有白色胶状沉淀生成，反应的
化学方程式是NqSQs+CO+H2O===HSiO3J+NatCO。
2.无机非金属材料
（1）传统无机非金属材料
硅酸盐产品有着广泛的应用，大家熟悉的玻璃、水泥和陶瓷是常见的硅酸盐产品，也是使用量最大的传统无机非金属材料。
阅读教材填写下表：
水泥
玻璃
陶瓷
主要原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要反应
复杂
主要化学反应有NaCO+
咼温木
SiO2====NazSiO3+CQf、
CaCO+SiO2咼==€aSiQ+
COf
主要成分
及种类
3CaOSiO2（硅酸三钙）、
2CaOSiO2（硅酸二钙）、
3CaO-Al2Q（铝酸三钙）
普通玻璃（Na2SiO3、CaSiQ、
SiO2）、石英玻璃、光学玻璃、
钢化玻璃、有色玻璃
土器、陶瓷、瓷器
主要性能
水硬性
玻璃态物质，没有固定的熔—点，可在某一温度范围内逐渐软化
抗氧化、抗酸碱腐蚀、
耐高温、绝缘
典型设备
回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
共同特点
高温条件下发生复杂的物理、化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐
（2）新型无机非金属材料
常见的新型无机非金属材料有：
高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。
新型无机非金属材料具有一些特殊的结构、特殊的功能。
【例5下列叙述正确的是（）
A.硅酸钠是硅酸盐，但不能溶于水
B.电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐
C.建筑工业常用水玻璃做黏合剂
D.用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火
答案C
解析Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水；
浸泡银幕
主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；
水玻璃有黏合作用，常做黏合剂。
【例6下列说法中正确的是（）
A.制造水泥和普通玻璃的原料中都含有石灰石
B.普通玻璃是绝缘体，这种透明的固体物质熔点很低
C.石英玻璃能经受温度剧变且能抵抗强碱的腐蚀
D.硅酸盐可用氧化物形式表示其组成，这表明硅酸盐是由氧化物组成的
解析玻璃是混合物，无固定熔点，B项错误；
石英玻璃的主要成分是SiO2，不耐强碱腐蚀,
C项错误；
虽然硅酸盐用氧化物形式表示，但不代表硅酸盐由氧化物组成，它仍以结构复杂的盐的形式存在，D项错误。
拓展延伸
钢化玻璃与普通玻璃成分相同，没有固定熔点；
普通玻璃高温下会软化，石英玻璃能经受高
温，高温灼烧氢氧化钠不能使用石英坩埚。
硅及其化合物的相互转化
检测评价达标过关
|达标检测
1.下列有关硅的叙述中正确的是（）
A.硅在常温下能跟氧气发生化合反应
B.因为晶体硅熔点高、硬度大，所以硅可用于制作半导体材料
C.硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应
D.高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅
解析硅的化学性质稳定，常温下除与氟气、氟化氢、氢氧化钠溶液反应外，不与其他物质
反应，A项错误；
单质硅做半导体材料，不是因为其熔点高、硬度大，B项错误；
硅的化学性
质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱等反应，C项错误；
D项正确。
2.科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程
中具有重要的作用。
下列关于硅的说法中正确的是（）
A.自然界中硅元素的含量最丰富
B.自然界中存在大量单质硅
C.高纯度的硅被用于制作计算机芯片
D.光导纤维的主要成分是Si
解析自然界中含量最丰富的元素是氧元素，A项错误；
硅的性质虽然不活泼，但自然界不存在游离态硅，只有化合态硅，B项错误；
硅是良好的半导体材料，可用于制造计算机芯片等，C项正确；
光导纤维的主要成分是SiO2，不是Si,D项错误。
3.下列说法不正确的是（）
A.新型无机非金属材料主要包括高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等
B.新型无机非金属材料具有特殊的结构和性能
C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损等优点
D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
解析传统无机非金属材料的主要成分是硅酸盐，新型无机非金属材料是一些具有特殊组成、特殊结构、特殊功能的材料。
4.下列关于SiO2和CO的说法中正确的是（）
A.CC2和SiO2都是由相应的分子组成的
B.CC2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
C.SiO2能与氢氟酸反应，也能与碱反应，说明SiO2既是碱性氧化物，又是酸性氧化物
D.CQ、SiO2都是酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
解析CO是由CO分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，
A项错误；
CO可溶于水生成HCO,SiO2不溶于水，与水不反应，B项错误；
SiO2能与强碱反
应生成盐和水，说明二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅与氢氟酸的反应是其特性，它不与其他的酸反应，二氧化硅不是碱性氧化物，C项错误；
5.下列说法正确的是（）
A.制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱
B.普通玻璃是绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点
C.普通玻璃俗称水玻璃
D.硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅元素
解析制取玻璃的原料中有纯碱，而制取水泥的原料中没有纯碱，A项错误；
普通玻璃的主
要成分是N@SiO3、CaSiQ和SiO2,是混合物，没有固定的熔点，B项正确；
普通玻璃和水玻
璃的成分不同，水玻璃不是普通玻璃的俗名，C项错误；
制取水泥和玻璃的原料中均有石灰
石，石灰石中不含有硅元素，D项错误。
6.已知A是一种不溶于水的固体非金属氧化物，根据图中的转化关系，回答：
（1）A是，B是
（2）写化学方程式：
（3）写离子方程式：
2
答案⑴SiO2Na2SiO3HSiOs
⑵①NazCO+SiO2高温=Na2SiO3+COf
⑤H2SiO3=====2O+SiO2
⑶②CQ+HO+SiO「===C&
+HSiO3J
3SQ2+2OH===Si&
一+HO
4SiO「+2H+===HSiO3J
解析由“A是一种不溶于水的固体非金属氧化物”可推知A为SiO2,再结合SiO2的相关性质：
SiO2跟Na2CO在高温下反应生成NaaSiOs和CO,二者在水中会反应生成H2SQ3沉淀，H2SQ3受热分解生成SiO2和H2O,说明A为SiO2是正确的。
由SiO2~BTH2SQ3,可知B为NazSiOs。
|课时对点练注垂双基强化落实
丫对点训练
题组1硅的存在、制备、性质及应用
1.常温下硅的化学性质稳定，下列关于硅的叙述正确的是（）
A.硅元素在自然界中主要以单质的形式存在
B.硅元素是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在
C.Si即使在高温下也难与Q等反应
D.Si与所有的酸都不反应
解析在自然界中只有化合态的硅元素，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
Si化学性质不活泼，但能与Q在加热条件下反应：
Si+O2====SiO2，也可与HF反应：
Si+4HF===SiF4f
+2H4;
Si元素是一种亲氧元素，在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。
2.硅被誉为无机非金属材料的主角。
下列物品用到硅单质的是（）
A.陶瓷餐具B.石英钟表
C.计算机芯片D.光导纤维
解析陶瓷中主要包括硅酸盐;
石英和光导纤维主要成分为二氧化硅;
计算机芯片中用的是硅单质。
3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一
项空白。
下列对晶体硅的有关叙述正确的是（）
A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
解析晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质
与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；
硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反
应;
晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用;
晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。
题组2二氧化硅的性质与应用
4.SiO2不具有的性质是（）
A.熔点很高
B.是酸性氧化物，与水反应生成对应的酸
C.二氧化硅可以用来制造光导纤维
D.与碳在高温下反应可制取两元素中的一种单质
解析SiO2熔点高，硬度大，是酸性氧化物，但不与水反应生成对应的酸，可与碳反应制粗硅。
5.下列叙述正确的是（）
1高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅
2SiO2与酸、碱均不反应
3二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
4SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应
5CQ与SiO2化学式相似，物理性质也相同
A.①②③B.②③
C.①④D.①②③④⑤
解析②项，SiO2与HF、强碱均反应；
③项，用石英制造的耐酸容器不能用于盛放氢氟酸；
5项，CO、SiO2的结构不同，物理性质不同。
6.石英砂（主要成分为SiO2）是一种常用工业原料，其中常混有少量碳酸钙。
要除去石英砂中
的少量碳酸钙，应采用的方法是（）
A.用水溶解后过滤分离
B.用稀硫酸溶解后过滤分离
C.用酒精灯加热
D.用稀盐酸溶解后过滤分离
解析CaCO可溶于盐酸，而石英砂与盐酸不反应，D正确；
注意B中CaCO与H2SQ反应生成
CaSQ,CaSQ会附着在CaCO表面，阻止反应的进行，故B错误。
题组3硅酸盐、无机非金属材料
7.下列有关硅酸盐的叙述中不正确的是（）
A.大部分硅酸盐都难溶于水，NazSiOs是常见的可溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，可用做
建筑黏合剂
B.石英砂可与烧碱反应制水玻璃：
SiO2＋2OH－===SiO32－＋H2O
C.硅酸具有酸的通性，但不能使石蕊溶液变红
D.石棉［CaMg3（SiO3）4］可表示为3MgOCaO-4SiO2氧化物形式
解析A项，硅酸盐大部分难溶于水，常见硅酸盐中只有NazSiOs、K2SQ3可溶，NQSiQ的水
溶液具有黏性，可做建筑黏合剂；
B项，石英砂的成分为SiO2，SiO2＋2NaOH===N2SaiO3＋H2O，NaOHNa2SiO3都可拆成离子形式；
C项，硅酸具有酸的通性，例如能与碱反应，但其难溶于
水，不能使石蕊溶液变色；
D项，硅酸盐改写成氧化物形式时要按"
较活泼金属氧化物t较
不活泼金属氧化物t二氧化硅t水”的顺序排列，由于Ca活泼性强于Mg所以石棉的氧化
物形式为CaO-3MgO4SiO2。
8.制玻璃、制水泥、海水提镁三种工业生产中，都需要原料（）
A.Na2COB.CaCOC.SiO2D.黏土
解析海水提镁时要制碱，需要把贝壳（主要成分CaC©
转化为Ca（OH）2，制玻璃的主要原料
是纯碱、石灰石和石英，制水泥的主要原料是黏土和石灰石，三种工业生产中都需要CaCO3。
9.下列各物质中，属于新型无机非金属材料的是（）
A.高强度水泥B.钢化玻璃
C.氧化铝陶瓷D.有机玻璃
解析氧化铝陶瓷属于生物陶瓷的一种，属于新型无机非金属材料，所以选择G水泥、玻
璃和陶瓷都属于传统的硅酸盐材料，其中钢化玻璃是把普通玻璃高温软化，迅速降温获得的机械强度增大的玻璃，成分还是硅酸盐；
有机玻璃的成分是有机物，属于有机材料。
题组4硅及其化合物的综合
10.下列溶液中：
①硅酸钠溶液②氢氟酸③氢氧化钠溶液④石灰水⑤液溴，可以盛放
在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是（）
A.①③④B.②④⑤C.②③D.①④
解析③④项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃塞裸露的SiQ反应，
生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启；
氢氟酸能腐蚀玻璃。
11.指出下列反应中二氧化硅所表现的化学性质或作用，在A〜E选项中选择正确答案填入括
号内。
12NaOH-SiO2===NaSiO3+HbO（）
2SiO2+2C====Si+2COT（
3SiO2+3C====SiC+2COT（
4SiO2+4HF===SiF4f+2f0（）
5SiO2+NstCO高温=NstSiO3+COf（
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被刻蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.与挥发性酸性氧化物的盐反应得挥发性酸性氧化物
E.氧化还原反应中Si的化合价没变
答案①C②B③E④A⑤D
解析①反应生成N@SiO3和HO,体现SiO2酸性氧化物的性质；
②反应中，C做还原剂，SiO2做氧化剂，表现出弱氧化性；
③反应是氧化还原反应，C既是氧化剂，又是还原剂，Si的化
合价没变；
④在常温下，SiO2可以和氢氟酸反应生成挥发性的SiF4,可利用此反应雕刻玻璃；
⑤反应表现SiO2高沸点（难挥发）的性质。
12.下列叙述正确的是（）
A.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体的主要成分不相同
B.用石灰抹墙和用水泥砌墙两过程的硬化原理相同
C.玻璃、陶瓷、水泥容器均不能贮存氢氟酸
D.任何酸均不能与酸性氧化物反应答案C
高温高温
解析石灰窑中：
CacO^==€aQ+COf，玻璃熔炉中：
NstCO+Si02高温=NstSiQ3+COf,CaCO
+SiO2====€aSi03+COf,A项不正确；
用石灰抹墙的反应为Ca（OH）2+CO==CaCOHO,因
为生成难溶的CaCO以及水分蒸发而变硬，水泥的硬化是水泥加水成浆后，发生复杂的物理、
化学变化，经过一段时间的凝固成块，最后变硬，二者硬化原理不相同，B项不正确；
在水
泥、玻璃、陶瓷中都有SiO2，可以发生反应：
SiO2+4HF===SiF4f+2fO,所以C项正确；
氢
氟酸能与酸性氧化物（SiO2）反应，D项不正确。
13.A、B、C、DE分别代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示。
A为地壳中
含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请回答下列问题：
（1）形成单质A的原子的结构示意图为，它的最高化合价为。
（2）B的化学式为,B与碳反应生成
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