硅和硅的化合物无机非金属材料课件

硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件一、硅的结构和性质一、硅的结构和性质1晶体硅的结构晶体硅的结构 型的空间网状结构，属型的空间网状结构，属 晶体晶体正四面体正四面体原子原子2物理性质物理性质晶体硅的熔沸点晶体硅的熔沸点 ，硬度，硬度 ，导电性介于，导电性介于 和和 之间，是良好的半导体材料之间，是良好的半导体材料很高很高很大很大导体导体绝缘体绝缘体硅和硅的化合物无机非金属材料课件3化学性质化学性质(1)概述：常温下性质稳定，不与概述：常温下性质稳定，不与 、Cl2、HNO3反反 应，只与应，只与F2、强碱溶液反应、强碱溶液反应(2)主要性质主要性质O2H2SO4HF硅和硅的化合物无机非金属材料课件1.请根据下列流程，用化学方程式表示粗硅制备及请根据下列流程，用化学方程式表示粗硅制备及 提纯的反应原理提纯的反应原理硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件二、硅的化合物二、硅的化合物1二氧化硅二氧化硅(1)晶体结构晶体结构晶体类型：晶体类型：.原子结合方式：原子结合方式：1个硅原子同时与个硅原子同时与 个氧原子结合，个氧原子结合，1个氧原子同时与个氧原子同时与2个硅原子结合，硅原子与氧原子个数个硅原子结合，硅原子与氧原子个数比为比为 .41 2原子晶体原子晶体硅和硅的化合物无机非金属材料课件(2)化学性质化学性质硅和硅的化合物无机非金属材料课件2硅酸和硅酸钠硅酸和硅酸钠硅和硅的化合物无机非金属材料课件2.今有下列试剂：今有下列试剂：SiO2蒸馏水蒸馏水盐酸盐酸 烧碱溶液，若实验室制备烧碱溶液，若实验室制备H2SiO3，应选取哪些试，应选取哪些试 剂？用化学方程式表示其反应原理剂？用化学方程式表示其反应原理.提示：提示：选取的试剂有选取的试剂有SiO2、NaOH溶液和盐酸，反溶液和盐酸，反应原理为：应原理为：SiO22NaOH=Na2SiO3H2ONa2SiO32HCl=2NaClH2SiO3硅和硅的化合物无机非金属材料课件3硅酸盐的氧化物形式硅酸盐的氧化物形式(1)表示方法：活泼金属氧化物表示方法：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物SiO2H2O(2)实例：如实例：如Na2SiO3：；Al2Si2O5(OH)4：；KAlSi3O8：Na2OSiO2Al2O32SiO22H2OK2OAl2O36SiO2硅和硅的化合物无机非金属材料课件三、无机非金属材料三、无机非金属材料1分类及实例分类及实例2传统无机非金属材料的优缺点传统无机非金属材料的优缺点(1)优点：优点：、等等(2)缺点：缺点：、等等抗腐蚀抗腐蚀耐高温耐高温质脆质脆经不起热冲击经不起热冲击硅和硅的化合物无机非金属材料课件3新型无机非金属材料的特点及用途新型无机非金属材料的特点及用途特点特点用途用途如氮化硅陶瓷可以制造气轮机叶片、如氮化硅陶瓷可以制造气轮机叶片、轴承、永久性模具等轴承、永久性模具等具有具有 特性特性作半导体、导体、超导体，用于集作半导体、导体、超导体，用于集成电路的基板成电路的基板具有具有 特性特性能透过可见光，能使红外线、雷达能透过可见光，能使红外线、雷达射线穿过射线穿过具有具有 功能功能 人造牙齿、人造骨骼人造牙齿、人造骨骼耐高温、强度高耐高温、强度高电学电学光学光学生物生物硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件感受感受鉴赏鉴赏12009年年10月月6日瑞典皇家科学院宣布，英国华裔科学家日瑞典皇家科学院宣布，英国华裔科学家高锟以及两名美国科学家威拉德高锟以及两名美国科学家威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯史密斯获得获得2009年诺贝尔物理学奖，以奖励他们在光纤和半导年诺贝尔物理学奖，以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究下列有关光导纤维和半导体的体领域上的开创性研究下列有关光导纤维和半导体的说法中错误的是说法中错误的是 ()硅和硅的化合物无机非金属材料课件A二氧化硅是制备光导纤维的主要原料，光导纤维遇二氧化硅是制备光导纤维的主要原料，光导纤维遇 强碱会强碱会“断路断路”B作半导体材料的硅位于周期表中第三周期的作半导体材料的硅位于周期表中第三周期的A族族C工业上，利用二氧化硅热分解法冶炼硅工业上，利用二氧化硅热分解法冶炼硅D二氧化硅和硅的晶体类型相同二氧化硅和硅的晶体类型相同硅和硅的化合物无机非金属材料课件解题指导解题指导选选 A项，项，SiO2能与强碱溶液反应；能与强碱溶液反应；B项，项，Si位于元素周期表中第三周期位于元素周期表中第三周期A族；族；C项，项，SiO2受热不受热不发生分解；发生分解；D项，项，Si和和SiO2均属于原子晶体均属于原子晶体C硅和硅的化合物无机非金属材料课件2下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是 ()在固态和液态时，导电性都很差在固态和液态时，导电性都很差能跟强碱反应，但不能与水反应能跟强碱反应，但不能与水反应硅与碳同属硅与碳同属A族，故族，故SiO2的物理性质与的物理性质与CO2类似类似既是酸性氧化物，又是碱性氧化物既是酸性氧化物，又是碱性氧化物ABC D.硅和硅的化合物无机非金属材料课件解题指导解题指导选选 SiO2为共价化合物，在固态或液态时为共价化合物，在固态或液态时均不能导电；均不能导电；SiO2不溶于水，但易与不溶于水，但易与NaOH溶液发生反溶液发生反应应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；SiO2为原子晶体，为原子晶体，CO2为分子晶体，二者在物理性质上差异较大；为分子晶体，二者在物理性质上差异较大；SiO2是是酸性氧化物，不是碱性氧化物酸性氧化物，不是碱性氧化物C硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件A、是置换反应，是置换反应，是化合反应是化合反应B高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C任一反应中，每消耗或生成任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移硅，均转移4 mol电子电子D高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混 合可得高纯硅合可得高纯硅硅和硅的化合物无机非金属材料课件解题指导解题指导选选 B项，反应项，反应、中中C、H2分别作还分别作还原剂，而原剂，而Si为还原产物，因此还原性为还原产物，因此还原性H2(或或C)Si；C项，项，三个反应中三个反应中Si元素化合价变化值均为元素化合价变化值均为4，因此消耗或生，因此消耗或生成成1 mol Si，均转移，均转移4 mol电子；电子；D项，工业制硅是先制项，工业制硅是先制备粗硅，然后再对粗硅提纯备粗硅，然后再对粗硅提纯D硅和硅的化合物无机非金属材料课件思考思考领悟领悟 教师备课园地教师备课园地硅和硅的化合物无机非金属材料课件拓展拓展发现发现硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件(3)常温条件下，非金属单质一般不与强碱溶液反应而常温条件下，非金属单质一般不与强碱溶液反应而Si单单 质可与强碱溶液反应，质可与强碱溶液反应，Si2NaOHH2O=Na2SiO3 2H2.(4)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟氢氟酸能跟氢氟酸 作用：作用：Si4HF=SiF42H2.(5)非金属氧化物一般为分子晶体，但非金属氧化物一般为分子晶体，但SiO2为原子晶体为原子晶体(6)酸性氧化物一般不与酸作用，但酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与氢氟酸作用能与氢氟酸作用(7)无机酸一般易溶于水，但无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水难溶于水(8)硅酸钠水溶液俗称水玻璃，但却是盐溶液硅酸钠水溶液俗称水玻璃，但却是盐溶液硅和硅的化合物无机非金属材料课件感受感受鉴赏鉴赏 4(2011德州模拟德州模拟)下列表述正确的是下列表述正确的是 ()普通玻璃与钢化玻璃成分不同，所以性能不同，用普通玻璃与钢化玻璃成分不同，所以性能不同，用途不同途不同光导纤维导电能力很强，是非常好的通讯材料光导纤维导电能力很强，是非常好的通讯材料提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料盐材料硅和硅的化合物无机非金属材料课件氧化钴加入到普通玻璃中可制成红色玻璃氧化钴加入到普通玻璃中可制成红色玻璃太阳能电池可采用硅材料制造，其应用有利于环保、太阳能电池可采用硅材料制造，其应用有利于环保、节能节能A BC D硅和硅的化合物无机非金属材料课件解题指导解题指导选选 普通玻璃与钢化玻璃的成分相同，普通玻璃与钢化玻璃的成分相同，但制造工艺不同，性能不同；但制造工艺不同，性能不同；光导纤维传导光信号的光导纤维传导光信号的能力很强，但导电性差；能力很强，但导电性差；水泥是硅酸盐产品；水泥是硅酸盐产品；氧化氧化钴可用来制蓝色玻璃；钴可用来制蓝色玻璃；Si是良好的半导体材料，可用是良好的半导体材料，可用于制造太阳能电池于制造太阳能电池D硅和硅的化合物无机非金属材料课件5(2011南京五校联考南京五校联考)信息、材料、能源被称为新科技革信息、材料、能源被称为新科技革命的命的“三大支柱三大支柱”下列有关资讯错误的是下列有关资讯错误的是 ()A在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将 成为主要能源成为主要能源B中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术，能较大中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术，能较大 程度地降低能耗，节约能源程度地降低能耗，节约能源C光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的 主要材料是单质硅主要材料是单质硅D结构陶瓷碳化硼结构陶瓷碳化硼(B4C3)常用于制造切削工具，它是一常用于制造切削工具，它是一 种新型无机非金属材料，属于原子晶体种新型无机非金属材料，属于原子晶体硅和硅的化合物无机非金属材料课件解题指导解题指导选选 制备光导纤维的是制备光导纤维的是SiO2而不是单质而不是单质Si，选项选项C错误错误C硅和硅的化合物无机非金属材料课件6氮化硅氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：在高温的氮气流中，通过以下反应制得：aSiO2(s)bC(s)cN2(g)dSi3N4(s)eCO(g)，若该反应在恒容密，若该反应在恒容密闭容器中进行，下列有关说法不正确的是闭容器中进行，下列有关说法不正确的是 ()A该反应的氧化剂是氮气该反应的氧化剂是氮气B上述反应中上述反应中a、b、c、d、e依次为依次为3、6、2、1、6C氮化硅耐高温、硬度大氮化硅耐高温、硬度大D若向容器中充入稀有气体氖，有利于生成氮化硅若向容器中充入稀有气体氖，有利于生成氮化硅.硅和硅的化合物无机非金属材料课件解题指导解题指导选选 配平后化学方程式为：配平后化学方程式为：3SiO26C2N2 Si3N46CO，氮的化合价由，氮的化合价由0价降至价降至3价，氮气作氧价，氮气作氧化剂，化剂，A正确；由化学方程式知正确；由化学方程式知B正确；氮化硅是原子晶体，正确；氮化硅是原子晶体，其熔点高、硬度大，其熔点高、硬度大，C正确；该容器是恒容密闭容器，充入正确；该容器是恒容密闭容器，充入稀有气体，平衡不移动，对生成氮化硅无影响，稀有气体，平衡不移动，对生成氮化硅无影响，D错误错误D硅和硅的化合物无机非金属材料课件思考思考领悟领悟 教师备课园地教师备课园地硅和硅的化合物无机非金属材料课件拓展拓展发现发现传统无机非金属材料的制备、成分及性质传统无机非金属材料的制备、成分及性质硅和硅的化合物无机非金属材料课件类别类别水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷主要成分主要成分3CaOSiO2；2CaOSiO2；3CaOAl2O3普通玻璃普通玻璃Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要性质主要性质水硬性水硬性(不可不可逆过程逆过程)无固定熔、无固定熔、沸点，在一沸点，在一定温度范围定温度范围内软化内软化抗氧化、抗抗氧化、抗酸碱腐蚀，酸碱腐蚀，耐高温耐高温硅和硅的化合物无机非金属材料课件硅和硅的化合物无机非金属材料课件考考 情情 分分 析析地位地位硅元素经常与基本理论、其他元素及化合物知识相硅元素经常与基本理论、其他元素及化合物知识相联系联系题型题型 以选择题、推断题为主以选择题、推断题为主角度角度(1)Si、SiO2的结构与性质；的结构与性质；(2)粗硅的制备与提纯；粗硅的制备与提纯；(3)硅酸盐制品的制备原理及成分；硅酸盐制品的制备原理及成分；(4)新型无机非金属材料的性能新型无机非金属材料的性能预测预测预计今后高考命题将会更多体现硅及其化合物在生预计今后高考命题将会更多体现硅及其化合物在生活、高科技中的应用；另外以硅为载体，反映新材活、高科技中的应用；另外以硅为载体，反映新材料、新技术的知识会更多地出现在试题中，以考查料、新技术的知识会更多地出现在试题中，以考查学生接受新信息的能力学生接受新信息的能力.硅和硅的化合物无机非金属材料课件考考 题题 印印 证证1(2010江苏高考江苏高考)下列有关物质的性质或应用的说法不正下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是确的是 ()A二氧化硅是生产光纤制品的基本原料二氧化硅是生产光纤制品的基本原料B水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂C盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性D石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯.硅和硅的化合物无机非金属材料课件答案：答案：D解析：解析：本题考查物质的用途，意在考查考生了解与识记本题考查物质的用途，意在考查考生了解与识记常见有机物和无机物的用途的能力常见有机物和无机物的用途的能力D项，石油裂解可项，石油裂解可以得到乙烯、丙烯和丁二烯，故不正确以得到乙烯、丙烯和丁二烯，故不正确硅和硅的化合物无机非金属材料课件2(2009四川高考四川高考)开发新材料是现代科技发展的方向之开发新材料是现代科技发展的方向之一下列有关材料的说法正确的是一下列有关材料的说法正确的是 ()A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料BC60属于原子晶体，用于制造纳米材料属于原子晶体，用于制造纳米材料C纤维素乙酸酯属于天然高分子材料纤维素乙酸酯属于天然高分子材料D单晶硅常用于制造光导纤维单晶硅常用于制造光导纤维硅和硅的化合物无机非金属材料课件解析：解析：B项，项，C60属于分子晶体；属于分子晶体；C项，纤维素乙酸酯不是项，纤维素乙酸酯不是天然高分子材料；天然高分子材料；D项，二氧化硅常用于制造光导纤维项，二氧化硅常用于制造光导纤维答案：答案：A硅和硅的化合物无机非金属材料课件3(2009重庆高考重庆高考)材料与化学密切相关，表中对应关系材料与化学密切相关，表中对应关系 错误的是错误的是 ()材料材料主要化学成分主要化学成分A.刚玉、金刚石刚玉、金刚石三氧化二铝三氧化二铝B.大理石、石灰石大理石、石灰石碳酸钙碳酸钙C.普通水泥、普通玻璃普通水泥、普通玻璃硅酸盐硅酸盐D.沙子、石英沙子、石英二氧化硅二氧化硅硅和硅的化合物无机非金属材料课件解析：解析：A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳金刚石的主要化学成分为碳答案：答案：A硅和硅的化合物无机非金属材料课件4(2011江西名校联考江西名校联考)2009年年10月月6日，诺贝尔物理学奖日，诺贝尔物理学奖授予授予“光纤之父光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德学家威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯光导纤维的主要成史密斯光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅是二氧化硅是H2SiO3的酸酐，因此能与水反应的酸酐，因此能与水反应B用二氧化硅制取单质硅时，当生成用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体气体(标况标况)时，时，得到得到2.8 g硅硅C6 g的二氧化硅中含有的二氧化硅中含有0.2 mol的共价键的共价键D二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体 在高温时发生反应在高温时发生反应硅和硅的化合物无机非金属材料课件解析：解析：A项中二氧化硅不能与水反应；项中二氧化硅不能与水反应；B项中用二氧化硅项中用二氧化硅制取单质硅，当生成制取单质硅，当生成2.24 L气体气体(标况标况)时，只能得到时，只能得到1.4 g硅；硅；C项中项中6 g的二氧化硅中含有的二氧化硅中含有0.4 mol的共价键的共价键答案：答案：D硅和硅的化合物无机非金属材料课件5(2011富阳期考富阳期考)工业上制备纯硅反应的热化学方程式工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：如下：SiCl4(g)2H2(g)Si(s)4HCl(g)；HQ kJ/mol(Q0)，某温度、压强下，将一定量反应物通入，某温度、压强下，将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应，下列叙述正确的是密闭容器进行以上反应，下列叙述正确的是 ()硅和硅的化合物无机非金属材料课件A反应过程中，若压缩容器体积，增大压强能提高反应过程中，若压缩容器体积，增大压强能提高 SiCl4的转化率的转化率B若反应开始时若反应开始时SiCl4为为1 mol，则达平衡时，吸收热量，则达平衡时，吸收热量 为为Q kJC当反应吸收热量为当反应吸收热量为0.025Q kJ时，生成的时，生成的HCl通入通入100 mL 1 mol/L的的NaOH溶液中恰好反应溶液中恰好反应D反应至反应至4分钟时，若分钟时，若HCl浓度为浓度为0.12 mol/L，则，则H2的的 反应速率为反应速率为0.03 mol/(Lmin)硅和硅的化合物无机非金属材料课件解析：解析：该反应为体积增大的反应，增大压强平衡左移，该反应为体积增大的反应，增大压强平衡左移，SiCl4转化率降低，转化率降低，A项错误；该反应为可逆反应，不能实现项错误；该反应为可逆反应，不能实现完全转化，吸收的热量一定小于完全转化，吸收的热量一定小于Q kJ，B项错误；当吸收热项错误；当吸收热量量0.025Q kJ时，说明反应的时，说明反应的SiCl4为为0.025 mol，生成，生成HCl 0.1 mol，其与，其与100 mL 1 mol/L的的NaOH溶液恰好反应，溶液恰好反应，C项正确；项正确；反应至反应至4分钟时，分钟时，HCl的浓度为的浓度为0.12 mol/L，表示的反应速率，表示的反应速率为：为：v(HCl)0.03 mol/(Lmin)，换算为，换算为v(H2)0.015 mol/(Lmin)，D项错误项错误答案：答案：C硅和硅的化合物无机非金属材料课件6(2011南通调研南通调研)工业上用工业上用“三三氯氢硅还原法氯氢硅还原法”提纯粗提纯粗 硅的工艺流程如下图所示：硅的工艺流程如下图所示：硅和硅的化合物无机非金属材料课件(1)三氯氢硅的制备原理：三氯氢硅的制备原理：Si(s)3HCl(g)SiHCl3(g)H2(g)；H210 kJ/mol工工业上为了加快业上为了加快SiHCl3生成速率而又不降低硅的转化率，可生成速率而又不降低硅的转化率，可以采用的方法是以采用的方法是_(2)除上述反应外，还伴随着副反应：除上述反应外，还伴随着副反应：Si(g)4HCl(g)SiCl4(g)2H2(g)；H241 kJ/mol.已知：已知：SiHCl3、SiCl4常常温下均为液体温下均为液体硅和硅的化合物无机非金属材料课件工业上分离工业上分离SiHCl3、SiCl4的操作方法为的操作方法为_反应反应SiHCl3(g)HCl(g)SiCl4(g)H2(g)的的H_ kJ/mol.(3)该生产工艺中可以循环使用的物质是该生产工艺中可以循环使用的物质是_硅和硅的化合物无机非金属材料课件解析：解析：(1)增大压强、增大增大压强、增大HCl的浓度、使用催化剂，可加的浓度、使用催化剂，可加快反应速率，即不降低硅的转化率；快反应速率，即不降低硅的转化率；(2)SiHCl3、SiCl4常常温下均为液体，液液分离的操作方法可根据不同物质沸点温下均为液体，液液分离的操作方法可根据不同物质沸点不同，采用蒸馏；不同，采用蒸馏；Si(s)3HCl(g)SiHCl3(g)H2(g)；H210 kJ/molSi(s)4HCl(g)SiCl4(g)2H2(g)；H241 kJ/mol，根据盖斯定律，根据盖斯定律，SiHCl3HClSiCl4H2的反应热的反应热H241 kJ/mol(210 kJ/mol)31 kJ/mol；(3)由反应流程及反应原理，可以看出由反应流程及反应原理，可以看出HCl和和H2可可以循环利用以循环利用硅和硅的化合物无机非金属材料课件答案：答案：(1)使用催化剂或增大压强或增大使用催化剂或增大压强或增大HCl的浓度的浓度(2)蒸馏蒸馏31(3)HCl和和H2硅和硅的化合物无机非金属材料课件点击下图进入点击下图进入“创新演练创新演练大冲关大冲关”