2019-2020年高中化学（大纲版）第一册 第七章 碳族元素 无机非金属材料 第二节硅和二氧化硅(备课资料).doc

2019-2020年高中化学（大纲版）第一册 第七章 碳族元素 无机非金属材料 第二节硅和二氧化硅(备课资料)1.硅及其化合物的特殊性（1）硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从SiO2中还原出Si。（2）非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢氧化钠等强碱溶液反应产生氢气。（3）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成。（4）酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。（5）无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。（6）在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，二氧化碳与硅酸钠及反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。2.浸过硅酸钠溶液的织物为什么不易燃烧？把织物浸过硅酸钠溶液后，硅酸钠粒子就沉积在纤维的外面，形成一种保护层，把易燃的碳、氢、氧组成的纤维素和空气隔开，火焰也不能直接接触它，用火去点时就不再燃烧。当然，这主要是由于硅酸钠的耐热性高的缘故。3.半导体材料的用途物质的电阻率介于导体和绝缘体之间（电阻率在103108欧姆厘米之间）时，为半导体。半导体材料可以制造出具有各种功能的半导体器件来取代真空管用来整流、检波、放大，并有缩小电子设备体积，减轻重量、延长寿命、耐冲击、效率高和可靠性好等优点。用半导体材料制成的集成电路还可以将成千上万个分立的晶体管、电阻、电容等电子元件融为一体，使上述优点得到进一步发挥。广泛应用于通讯、电讯、电子计算机中。另外，超纯硅对红外光有很高的透过能力，可以用以制作红外聚焦透镜，对红外辐射目标进行夜间跟踪、照像、追击。利用半导体的导电能力随温度的升高或光线的照射而有显著的增大的特性，可以做成自动控制用的热敏元件（如热敏电阻等）和光敏元件。半导体材料是制作太阳能电池的主要材料。半导体材料还可制成激光二极管，用于激光通讯，测距和空间导航等方面。4.正二价硅碳族元素除硅外，主要正价为+2、+4价，硅主要正价为+4价，那么有没有+2价的硅呢？事实上除了SiO2外，还有SiO。SiO在自然界不存在，但能按下法制备：SiO2+Si=2SiO。SiO在1800真空中为黄褐色物质。SiO蒸气冷却时分解为SiO2和Si。SiO在工业上称为单氧硅，是绝缘材料。5.硅与电子工业革命在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要的作用。以硅为基础而制成的晶体管是现代计算机革命的心脏。6.石英和水晶石英的主要成分是SiO2，可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物，它们以溶解状态存在于石英中，呈各种颜色。此外，由于SiO2的结构不同也会使石英产生不同的颜色。纯净的SiO2晶体叫做水晶，它是六方柱状的透明晶体，是较贵重的宝石。江苏省东海县素有“水晶之乡”之称。1958年该县发现最大的“水晶王”，质量达3.5 t。1983年1月又在该县南溜村2 m深的地下挖出一块质量为3 t高为1.4 m的水晶，同时出土的还有一块质量为400 kg 的水晶体。法国科学家皮埃尔居里（Pierre Gurie）发现水晶在受压时能产生一定的场，这种现象被称为“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，能作间歇性的伸张和收缩，其频率和施加的电场频率相同。石英的这种伸缩又引起了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。综合能力训练题1.在地壳内，深度每增加1千米，压力大约增加2525030300 kPa，在这样的压力下，较简单的硅酸盐会转化为复杂的硅酸盐。已知：钙长石、镁橄榄石、石榴子石的化学式分别是：CaAl2Si2O8；Mg2SiO4；CaMg2Al2Si3O12（1）用氧化物形式表示的化学式分别为：钙长石_，镁橄榄石_，石榴子石_。（2）写出钙长石与镁橄榄石反应转变成石榴子石的化学方程式：_。解析：用氧化物形式表示硅酸盐时，把金属氧化物写在前面，若有多种金属元素，按活泼性依次减弱的顺序写出其氧化物，然后写SiO2，最后写H2O，且各氧化物之间要用“”隔开。据金属活动性顺序表知，Ca、Mg、Al的活泼性依次减弱。所以应先写钙的氧化物，再写镁的氧化物，最后写铝的氧化物。答案：（1）CaOAl2O32SiO22MgOSiO2CaO2MgOAl2O33SiO2（2）CaAl2SiO8+Mg2SiO4=CaMg2Al2Si3O122.矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如钾长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土Al2Si2O5（OH）4，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O=2K+2HCO+4H4SiO4+Al2Si2O5（OH）4，这个反应能够发生的原因是_。解析：分析反应前后的酸的酸性强弱，正反映了由较强的酸制取较弱的酸这一普遍规律。亦即解释复杂的化学反应发生的原因应用的是极其简单的化学原理。答案：碳酸的酸性比原硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸3.下列说法正确的是A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟强碱反应，但不能跟任何酸反应B.根据SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2的反应，可推知硅酸酸性比碳酸强C.二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D.二氧化硅对应的水化物有不同的组成解析：二氧化硅可以跟氢氟酸反应（SiO2+4HF=SiF4+2H2O），所以A不正确；B项反应是在高温条件下进行的，由于二氧化碳是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强。比较硅酸和碳酸的酸性强弱要比较它们在水溶液中电离出H+的难易程度。C项正确。发生的反应为：Na2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4+Na2CO3 H4SiO4=H2O+H2SiO3D项二氧化硅对应的水化物可以是H2SiO3或H4SiO4，正确。答案：CD4.已知高温下能发生反应：Si+CSiC。现在石英与炭粉的混合物a mol，在高温电炉中充分反应，反应完全后得残留固体。（1）写出可能的反应方程式_，_。（2）若石英与混合物的物质的量之比为x（0x1），问x为何值时，残留固体为何种物质？写出残留固体物质的量与x值之间的关系，将结果填入下表（不一定填满）x值残留固体化学式物质的量解析：据所学知识及题给信息，不难写出可能发生反应的方程式为SiO2+2CSi+2CO Si+CSiC针对第（2）题讨论，不妨把式叠加：SiO2+3CSiC+2CO讨论如下：C、SiC SiC、Si Si、SiO2x=按式进行，固体为Si， mol；x=；按式进行，固体为SiC， mol；x1;按式进行，固体为Si为 mol，SiO2为 mol;x;按式进行，固体Si为a（4x1） mol，SiC为a（13x） mol；x;按式进行，固体SiC为ax mol，C为a（14x） mol。答案：（1）SiO2+2CSi+2COSiO2+3CSiC+2CO（2）x= Si a/3x=1/4 SiC a/41x SiO2、Si ，x Si、SiC （4x1）a，（13x）ax0 C、SiC （14x）a，ax