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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节硅及其化合物无机非金属材料,复习目标展示,1.掌握Si、SiO,2,、Na,2,SiO,3,等物质的结构、性质、用途。,2.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特征及应用。,知识点1,问题1：硅及其化合物性质中的许多化学反应都是在,什么条件下进行的？,硅及其化合物,1硅(Si),(1)存在,硅在自然界中全部以,形式存在，地壳中含,量仅次于,。,化合物,O,(2)单质的晶体结构,单质硅有,和,两种同素异形体，晶体硅是,形的空间网状结构，属于,晶体。,无定形,晶体,正四面体,原子,(3)单质的物理性质,晶体硅颜色：,色，熔、沸点：,，硬度,。,导电性：良好的半导体材料。,灰黑,很高,很大,(4)化学性质,概述：常温下化学性质不活泼，不与,、,反应，只与,、,、,反应。,强酸,强氧化剂,F,2,HF,NaOH,主要反应：,SiO,2,2C Si2CO,(5)工业制法,化学方程式为：,。,高温,(6)用途,半导体材料；作变压器铁芯；加入铁中制耐酸设备。,2二氧化硅(SiO,2,),(1)自然界中的存在,沙子和石英的主要成分是,，透明的石英俗称,，它是,(写化学式)晶体，熔点高和硬度大。,SiO,2,水晶,SiO,2,(2)晶体结构,晶体类型：,。,原子结合方式：1个硅原子同时与,个氧原子结合，1个氧原子同时与,个硅原子结合，硅原子与氧原子个数比为,。,原子晶体,4,2,1 2,(3)化学性质,二氧化硅是一种,氧化物，能与碱、碱性氧 化物及部分,盐反应：,酸性,(4)用途,沙子用于建筑，石英用于制造玻璃，纯,SiO,2,用于制造电子部,件、光学器材和光导纤维。,3硅酸(H,2,SiO,3,)及其盐,(1)硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸,Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O Na,2,CO,3,H,2,SiO,3,，,Na,2,SiO,3,2HCl 2NaCl,H,2,SiO,3,。,(2)硅酸盐,常用的硅酸盐是Na,2,SiO,3,，俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，显碱性，易吸收空气中的CO,2,而生成硅酸，因而需密封保存。,硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示其组成。表示顺序一般为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸钠Na,2,SiO,3,：Na,2,OSiO,2,；钙沸石CaAl,2,Si,3,O,10,3H,2,O：CaOAl,2,O,3,3SiO,2,3H,2,O。,思维延伸,知识点2 无机非金属材料,问题2：传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的差别,是什么？,4三种传统硅酸盐工业的比较,类别,水泥,玻璃,陶瓷,主要原料,石灰石、黏土、石膏,纯碱、石灰石石英(SiO,2,),黏土,主要设备,水泥回转窑,玻璃熔炉,陶瓷窑,生产过程,原料 生料,熟料,成品,原料 混合（按比例）熔化,成型,混合 成型,干燥 烧结 冷却,磨细,煅烧,石膏粉,粉碎,强热,加添加剂,主要反应,复杂物理、化学变化,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,CaCO,3,SiO,2,CaSiO,3,CO,2,复杂物理、化学变化,主要成分,3CaOSiO,2,；,2CaOSiO,2,；,3CaOAl,2,O,3,普通玻璃：Na,2,SiO,3,、CaSiO,3,、SiO,2,主要性能,水硬性(不可逆过程),无固定熔、沸点，在一定温度范围内软化,抗氧化、抗酸碱腐蚀，耐高温,种类,不同标号,普通玻璃、特种玻璃,陶器、瓷器等,高温,5.新形无机非金属材料,新开发利用的如氮化硅Si,3,N,4,、刚玉Al,2,O,3,等陶瓷，光导纤维,等无机非金属材料，这些材料具有特殊结构，特殊功能，如,半导体材料，超硬耐高温材料，发光材料等，都称为新型无,机非金属材料。,思维延伸,(1)传统无机非金属材料是指水泥、玻璃、陶瓷等，其优点是抗腐蚀、耐高温等，但也有质脆，经不起热冲击等弱点。,(2)钢化玻璃与普通玻璃的成分相同。,考点1 硅及其化合物的特殊性,1硅的还原性比碳强，但在高温下，碳能从二氧化硅中还原出硅。,SiO,2,2C Si2CO,高温,这可从化学平衡的角度理解，由于产物CO为气体，它的放出促,使反应向正反应方向进行。,2碳酸的酸性比硅酸强，在水溶液中可发生反应如Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O H,2,SiO,3,Na,2,CO,3,。但高温下，可发生反应,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,，CaCO,3,SiO,2,CaSiO,3,CO,2,。这是因为该反应不是在水溶液中，而是在,高温条件下发生的。,高温,高温,3常温条件下，非金属单质一般不与强碱溶液反应而Si单质,可与强碱溶液反应，Si2NaOHH,2,O Na,2,SiO,3,2H,2,。,4非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟氢氟酸作,用：Si4HF SiF,4,2H,2,。,5非金属氧化物一般为分子晶体，但SiO,2,为原子晶体。,6酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO,2,能与氢氟酸作用。,7无机酸一般易溶于水，但H,2,SiO,3,和H,4,SiO,4,均难溶于水。,8硅酸钠水溶液俗称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。,9SiO,2,虽是硅酸的酸酐，但却不能用SiO,2,和水反应制备硅酸，,只能用可溶性硅酸盐溶液跟酸作用来制取。,10SiO,2,是熔点最高的非金属氧化物，H,2,SiO,3,是常温下呈固态,的酸。,要点深化,Si及SiO,2,的特性，常常作为推断题的突破口和解题关键。,因此要熟练掌握好Si及SiO,2,的特性。应用时，还要注意能,与NaOH溶液(除活泼金属外)反应产生H,2,的除Si外还有Al。,【例1】,(2009全国高考题改编题),在下列物质的转化关系中，A,是一种固体单质，E是一种白色沉淀，据此填写下列空白：,SiO,2,2OH,SiO H,2,O,(1)B的化学式是_。,(2)B和a溶液反应的离子方程式是,_。,(3)G和盐酸溶液反应的化学方程式是,。,解析：,G与过量HCl反应生成白色沉淀E，G可能是AgNO,3,或,Na,2,SiO,3,，E是AgCl或H,2,SiO,3,；再结合E加热生成氧化物B，判断,E为H,2,SiO,3,，B为SiO,2,、D为H,2,O、A为Si、G是Na,2,SiO,3,、F是,H,2,、H是NaCl。,SiO,2,Na,2,SiO,3,2HCl 2NaClH,2,SiO,3,变式训练,1(2010湖北部分重点中学联考)2009年10月6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,德博伊尔和乔治史密斯获得2009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说法中错误的是 (),A二氧化硅是制备光导纤维的主要原料，光导纤维遇,强碱会“断路”,B作半导体材料的硅位于周期表中第三周期A族,C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,解析：,因为SiO,2,可与强碱反应生成硅酸盐和水，所以光导,纤维遇强碱会“断路”，A项叙述正确；工业上用SiO,2,与C,反应制取粗硅，然后以粗硅、Cl,2,、H,2,为原料再制取精硅，,显然C项叙述不正确；B、D两项叙述正确。,答案：,C,考点2 材料及新材料,新型无机非金属材料：主要指高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷,等。新型无机非金属材料除继承传统无机非金属材料的许多优点、,克服某些弱点外，还具有如下特性：,(1)耐高温、强度高。如氮化硅陶瓷在1 200左右的高温下，仍具,有很高的硬度，可用来制造气轮机的叶片、轴承、永久模具等。,(2)具有电学特性。如氧化锡陶瓷，可用作集成电路中的半导体。,(3)具有光学特性。如光导纤维，用于光缆通讯、医疗、信息处理,等。,(4)具有生物功能。如磷酸钙系陶瓷，可用于制造人造骨骼等。,要点深化,今后无机非金属材料的发展趋势,(1)新型能源转换和储能材料。,(2)新型光电子材料及器件。,(3)生物医用材料。,(4)信息功能材料。,(5)轻质高强材料。,(6)纳米无机材料。,【例2】(2009四川理综，6)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 (),A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料,B C60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,D单晶硅常用于制造光导纤维,解析：,本题考查材料的类别、性质等，意在考查考生对化,学在生产、生活中应用的了解。B项，C,60,属于分子晶体，,可用于制造纳米材料；C项，纤维素乙酸酯属于合成高分,子材料；C项，制造光导纤维的原料是高纯石英粉（SiO,2,)。,答案：,A,变式训练,2(2010模拟题),碳化钛(TiC)、碳化硼(B,4,C,3,)、氮化硅(Si,3,N,4,),等非氧化物陶瓷是新型无机非金属材料研究的重要方向，合,成这些物质需在高温条件下进行，在合成它们的过程中必须,注意 (),A通入足量氧气 B.避免与氧气接触,C通入少量氯气 D通入少量氧气,解析：,“C”与“Si”均在高温条件易与O,2,反应生成氧化,物，所以在合成TiC、B,4,C,3,、Si,3,N,2,时要避免与氧气接触。,答案：,B,客观题,以考查硅元素的特殊性，现代新材料及与传统材,料的差异为主。,【考题一】,(2009重庆理综，6),材料与化学密切相关，表中,对应关系错误的是 (),选项,材料,主要化学成分,A,刚玉、金刚石,三氧化二铝,B,大理石、石灰石,碳酸钙,C,普通水泥、普通玻璃,硅酸盐,D,沙子、石英,二氧化硅,审题视点：材料的学名、俗名与其主要成分的关系。,审题视点：,材料的学名、俗名与其主要成分的关系。,思维导图,标准答案：,A,高分解密,不能正确选出A项，主要原因是对材料的组成记不熟。常见新型无机非金属材料有：,(1)高温结构陶瓷：主要指利用其强度、硬度、韧性等机械性,能制成的各种材料。如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等，在工业、国,防上有重要的价值。,(2)光导纤维：简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤,维。用于通讯、医疗、信息处理、遥测遥控、照明等。(光纤主要,成分是SiO,2,)。,(3)材料按其组成可分为三类：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。金属材料主要指各种合金等。无机非金属材料又分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。有机高分子材料又包括塑料、橡胶、纤维等。,(4)复合材料：由金属材料、陶瓷材料、高分子材料复合而成，其强度、韧性和耐腐蚀等性能比单一材料更好，是一类具有广阔发展前景的新型材料。,主观题,以考查硅元素单质及其化合物的转化、制备新材料,等内容为主。,【考题二】,单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在,高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷,等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度,50500)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高,纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。,相关信息如下：,a四氯化硅遇水极易水解；,b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；,c有关物质的物理常数见下表：,物质,SiCl,4,BCl,3,AlCl,3,FeCl,3,PCl,5,沸点/,57.7,12.8,315,熔点/,70.0,107.2,升华温度/,180,300,162,请回答下列问题：,(1)写出装置A中发生反应的离子方程式MnO,2,4H,2Cl,Mn,2,Cl,2,2H,2,O。,(2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。,(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是,（填写元素符号)。,(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe,2,，再用KMn
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