1、新教材课件硅硅【学习目标】1了解二氧化硅的结构、性质，用途2了解硅酸胶体的制备和化学性质3了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。4了解硅在自然界中的含量、存在、用途5了解几种重要无机非金属材料的生产及用途要点一、单质硅1.分类晶体(有单晶、多晶两种)和无定形两类。2晶体硅的物理性质与结构结构类似于金刚石，带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。3硅的化学性质（1）稳定性常温下硅的化学性质不活泼，只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)和强碱溶液反应。化学方程式分别为：Si2F2=SiF4Si4HF=SiF42H2 Si2NaOHH2O=Na2Si
2、O32H2（2）还原性：在加热条件下，硅能与一些非金属单质发生反应：Si2Cl2SiCl4SiO2SiO2SiCSiC4工业制法（1）制粗硅：SiO22CSi Si(粗)2CO （碳化硅,俗称是金刚砂,具有金刚石的结构,硬度大,可用做砂纸和砂轮的磨料）（2）粗硅提纯：Si2Cl2 SiCl4 SiCl42H2 Si(纯)4HCl5硅的用途（1）用做半导体材料，制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件。（2）制合金，如含硅4%的钢可制成变压器的铁芯，含硅15%的钢可制造耐酸设备等。（3）制造光电池，将光能直接转换为电能。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：
3、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。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
4、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12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。SiO2与强碱反应生成盐和水， SiO22
5、NaOH = Na2SiO3H2O。【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。SiO2与碱性氧化物反应生成盐，如： SiO2CaO = CaSiO3。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，SiO24HF = S iF42H2O。【要点诠释】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，
6、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。SiO22MgSi2MgOSiO22CSi2CO【思考】SiO22CSi2CO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：CSi。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
7、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）。7SiO2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CO2SiO2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
8、性氧化物反应CO2+ CaO = CaCO3SiO2+CaO CaSiO3与NaOH反应CO2+2NaOH = Na2CO3 + H2OSiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O与酸反应(HF)不反应SiO2+4HF = SiF4+ 2H2O弱氧化性CO2+ C2COSiO2 +2CSi+2CO与Na2CO3等反应CO2+H2O+Na2CO3 = 2NaHCO3SiO2+Na2CO3Na2SiO3+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- H2SiO31硅酸二氧化硅对应的水化物是硅酸，即二氧化硅是硅酸
9、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。物理性质：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：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：H2SiO32OH= 2H2OSiO32-不稳定性硅酸受热易分解 H2SiO3 = SiO2H2O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 Na2SiO32HCl =2NaClH2SiO3(胶体)【要点诠释】硅酸是一种白色胶状物，难溶于水。硅酸有不同的组成，为了简便，我们用H2SiO3代表硅酸。H2SiO3浓度大小不同，形成硅酸
10、胶体的种类不同；硅酸胶体最终凝聚成为硅酸沉淀。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：Na2SiO3CO2H2O = H2SiO3(胶体)Na2CO32硅酸性质的探究（1）实验原理Na2SiO32HCl = 2NaClH2SiO3。（2）实验步骤在饱和Na2SiO3溶液中逐滴加入12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Na2SiO3的水溶液呈碱性。Na2SiO3溶液
11、能够与稀盐酸反应生成硅酸。H2SiO3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：与酸反应：Na2SiO32HCl =H2SiO3(胶体)2NaCl与CO2反应：Na2SiO3CO2H2O =
12、H2SiO3(胶体)Na2CO3Na2SiO3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Na2SiO32HCl =H2SiO32NaClSiO32- + 2H+= H2SiO3用途制备硅酸和硅胶；用作黏合剂、防腐剂；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
13、Na2SiO3H2O = H2SiO3Na2CO3，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。硅酸盐有很强的热稳定性，即能耐高温。硅酸盐易与酸发生反应，如：SiO3 2-CO2H2O = H2SiO3CO3 2-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。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。氧化物法：如硅酸钠(Na2OSiO2
14、)、石棉(3MgOCaO4SiO2)（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Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO2发生复杂的物理化学变化主要成分硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOAl2O3)Na2OCaO6SiO2典型设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑（5）新型功能材料高温结构陶瓷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
15、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。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
16、，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
17、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+Al2O33下列说法中不正确的是（）A. 硅酸盐工业
18、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
19、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，生产过程示意图写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式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
20、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60B. 标况下，15gSiO2的体积为5.6LC. SiO2中Si 和 O的质量比为7：8D. 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.
21、 由SiO22CSi2CO，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H2CO3H2SiO3D. 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
22、高岭土化学式中x2B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：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_。以上工艺中可循环使用的物质是_。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
23、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SiO212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原料一定有含硅元素的物质 生成物是硅酸盐 反应条件是高温发生复杂的物理、化学变化ABCD（4）根据下列化学方程式回答问题：SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO请在方程式上标出该反应的双线桥在该反应中，若上述反应制得14g C
24、O，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COD. 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CO2C. 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2.24 L气体（标准状况）时，得到2.8
25、 g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）AAl是还原剂 B氧化产物只有K
26、AlF4C每转移6NA电子，得到42g Si DAl元素在KAlF4和K2AlF5中化合价不同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CO2B. 水玻璃溶液中通入足量CO2C. 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
27、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CO2D. 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
28、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(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)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
