2019-2020年高一化学硅和二氧化硅.doc

2019-2020年高一化学硅和二氧化硅一、硅1物理性质 灰黑色、硬而脆、有金属光泽 结构：与金刚石晶体结构相似，硬度大、熔沸点高注：Si有无定形（灰黑）；晶形（银灰）2化学性质不活泼以还原性为主 稳定：常温下仅与F2、HF（酸）、OH反应 碳、硅化学性质对比 加热下，与非金属反应 与O2： C + O2 CO2 Si + O2 SiO2（放出大量热） 与Cl2： C + Cl2 = 不反应 Si + 2 Cl2 SiCl4高温 与H2： C + H2 = 不反应 Si + 2 H2 SiH4 稳定性：SiH4 CH4（均间接制得） 与F2： C、Si均直接化合 结论：非金属性 Si C 与酸反应 aSi在浓含氧酸中被钝化无反应进行 b与HF酸 C + HF = 不反应 Si + 4 HF SiF4+2 H2 与强碱反应 Si + 2 NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2 H2 猛烈C + NaOH = 不反应高温3硅的工业制法SiO2 + 2 C Si + 2 CO思考：该反应中，氧化剂、还原剂是什么？碳置换硅跟“碳的非金属性比硅强”是否矛盾？4硅的提纯、用途电子计算机已经历电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路四代，而集成电路离不开超纯Si。1945年，世界上第一台计算机“爱尼卡”在美国宾夕法尼亚大学诞生，重30吨，占地170 m2。半导体Si使计算机实现了超小型化，一般的半导体器件Si的纯度要求达到六个9，即杂质含量不超过100万分之一；大规模集成电路则要求Si纯度达到十二个9，杂质含量不超过10000亿分之一，即10000亿个原子中，仅含一个杂质原子。现代提纯基本流程：SiO2 Si SiCl4、SiHCl3液体精馏 还原SiCl4 + 2 H2 = Si + 4 HCl再“区域熔炼法”反复提纯。（原理：物质从熔态凝结成固态时，最初凝结出的最纯。）H2Cl2C二、二氧化硅1物理性质 晶态：存在于石英矿石中，纯SiO2 无色晶体。 天然 无定形：硅藻土，表面积很大，吸附能力强，作吸附剂或催化剂载体。大而透明的棱柱状石英称水晶，紫水晶、玛瑙都是含有杂质的有色晶体。1 g活性碳总面积可达1000 m2。大部分坚硬的岩石是由硅的含氧化合物构成的，如：花岗岩凭肉眼就可以分辨它含有三种成分，一种象玻璃闪闪发亮的白色石英；一种灰白色或淡红色的长条形颗粒长石；还有白色或黑色小鳞片云母。SiO2 的存在形式不下二白多种，玛瑙、水晶都是，从地面往下16公里几乎有65为SiO2 的矿石。石英SiO2 是光纤通信的重要原料，光导纤维由芯层和包覆层组成，芯层就是由透光性能好、折射率高的石英玻璃制成的光学玻璃丝。光纤通信有很多优点，其中一点就是原料廉价，基本材料石英矿遍地皆有，几克石英就可制造出1公里长的光导纤维。SiO2 还可以制手表镜面、眼睛片。法国科学家皮埃尔居里发现水晶在受压时能产生一定的电场，这种现象称作“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业上。石英薄片在高频率电场作用下，能作间歇性的伸长和收缩又引起周围介质产生类似声波。由于水晶或石英具有这种性质，因此被广泛应用在钟表工业和超声技术上。思考：CO2、SiO2 常温下，物理性质上存在着巨大差别？（如状态、硬度、熔沸点，这说明两者在结构上必然存在差别）2SiO2 晶体结构 无SiO2 分子，SiO12 以SiO键形成立体网状结构问题：已知键能CO 190 kc/mol，SiO 88 kc/mol，CO2分子中CO键能大于SiO2 中SiO键能，为什么SiO2 的熔点反倒比CO2高很多？关键：分清熔化需克服的作用力。 CO2、SiO2 结构比较CO2（干冰）SiO2（水晶） 结构微粒CO2分子Si、O原子（12）结合力分子间作用力共价键3SiO2 的化学性质不溶于水的稳定酸性氧化物 酸性氧化物通性高温A 与H2O：SiO2 H2O不反应B 与碱性氧化物：SiO2 + CaO CaSiO3 C 与强碱：SiO2 + 2 NaOH = Na2SiO3 + H2O SiO2 + 2 OH = SO32 + H2O问题：1盛碱溶液试剂瓶不用玻璃塞的原因？2SiO2 不溶于水，如何由SiO2 来制H2SiO3？ 特性 A 不与H2O反应B 除F2、HF外，不与其他卤素、酸作用 SiO2 + 4 HF = SiF4+2 H2O（刻蚀玻璃）高温C 表现弱氧化性高温 制粗硅：SiO2 + 2 C Si + 2 CO 制金刚砂SiC：SiO2 + 3 C SiC + 2 CO4用途 SiO2是造光导纤维的原料 石英做石英玻璃、电子表 水晶做电子工业的部件、光学仪器、工艺品 石英砂做制玻璃原料和建筑材料三、硅酸总评价：不溶于水的弱酸，酸性比碳酸弱1酸性：H2SiO3 + 2 NaOH = Na2SiO3 + H2O2不稳定性：H2SiO3SiO2 + H2O四、硅酸盐地壳岩石的主要成分1溶解性：除碱金属盐均不溶于水（正因如此地壳才得以存在）。2表示用SiO2 金属氧化物如：Na2SiO3 Na2O SiO2 高岭石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O32SiO2 2H2O正长石KAlSi3O8注：氧化物前系数不能为分数练习：将硅酸盐改写成氧化物形式石棉 CaMg3(SiO3)4云母 K2Al2(AlSi3O10)(OH)23硅酸钠（1）物理性质：俗称泡花碱、水溶液称水玻璃无色粘稠液体，做粘合剂、防腐剂、耐火材料（2）化学性质：盐通性Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3+ Na2CO3五、硅及其化合物间的转化 SiF4Si SiO2 Na2SiO3 SiH4 CaSiO3练习：1试设计一个简单实验，检验生石灰中是否含有杂质石英和石灰石。用盐酸2阅读下列材料，回答有关问题锡、铅两种元素的主要化合价是+2价和+4价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如：Sn2还原性比Fe2还原性强，PbO2氧化性比Cl2氧化性强。（1）写出下列反应的化学方程式 氯气与锡共热：2 Cl2 + Sn = SnCl4 氯气与铅共热：Cl2 + Pb = PbCl2 二氧化铅跟浓盐酸共热：PbO2 + 4 HCl = PbCl2 + 2 H2O + Cl2（2）能说明Sn2还原性比Fe2还原性强的离子方程式：Sn2+2 Fe3= Sn4+ 2 Fe2