高中化学 第四章 元素与材料世界 第1节 硅无机非金属材料学案（1）鲁科版必修1.doc

第1节 硅无机非金属材料互动课堂疏导引导一、半导体材料与单质硅1.半导体材料指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。（1）最早使用的半导体材料是锗。（2）硅是目前广泛使用的半导体材料，在地壳中的含量仅次于氧。2.硅的性质（1）硅的物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅（非晶硅）两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。记忆要诀硅的主要物理性质金属光泽灰黑硅，半导材料硬而脆。（2）硅的化学性质常温下，能够与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2加热时能够与某些非金属单质反应Si+O2=SiO2，Si+2Cl2=SiCl4，Si+C=SiC硅的制取SiO2+2C=Si+2CO；Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl（3）硅的用途硅不但用于制造晶体管、集成电路，还用于制造硅整流器和太阳能电池等，此外，硅合金的用途也很广。要点剖析硅的化学性质（1）常温下，Si跟强酸不反应。（2）常温下，SiF4是气体，SiCl4是液体，SiO2是固体。非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，且有H2生成。（3）关键掌握硅与非金属单质的反应中Si的化合价为+4。 疑难突破与其他非金属相比，硅的性质出现了哪些反常？(1)硅的还原性比碳弱，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅；(2)非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，且有H2生成；(3)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成H2，而硅却不然。案例1下列关于硅的说法不正确的是（）A.硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应【剖析】 本题考查硅的性质。硅是灰黑色有金属光泽的固体，但它属于非金属，是半导体。在常温下，硅的化学性质不活泼，但可与F2、HF和强碱反应，在加热的条件下，硅可与氧气、氯气等非金属反应。【答案】 C【借题发挥】 掌握硅的性质应注意把握硅的特性。硅具有金属光泽，是半导体，是非金属单质。硅的化学性质很稳定，但可在常温与F2、HF和强碱反应。非金属单质一般跟碱液反应无H2生成，而硅却可以放出H2。非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅却能与HF反应。二、二氧化硅与光导纤维1.二氧化硅的存在和物理性质二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅。二氧化硅的熔点高、硬度大。2.二氧化硅的化学性质二氧化硅是酸性氧化物。SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3SiO2+4HF=SiF4+2H2O（此反应常用于雕刻玻璃）误区警示碱性溶液的保存不能用磨口玻璃塞，可用玻璃瓶盛装碱性液体，但不能盖磨砂玻璃塞，以防SiO2与NaOH(aq)等反应，生成的一种黏合剂Na2SiO3使瓶塞和瓶口黏合在一起。3.二氧化硅的用途二氧化硅的用途广泛，常用于制造石英表中的压电材料和高性能的现代通讯材料光导纤维。案例2无论是传统的或是新型的无机非金属材料，硅元素都占有非常重要的地位。由于硅在太阳能发电中的重要作用，有些科学家称硅是“二十一世纪的能源”，下列关于硅的说法不正确的是（）A.自然界中硅单质的含量居各元素的第二位B.高纯度的硅是制半导体的重要材料C.水泥、玻璃和陶瓷都是传统的硅酸盐工业产品D.二氧化硅可用于制光导纤维【剖析】 由于自然界中硅元素主要以化合态的形式存在，所以硅元素的含量在自然界中占第二位，而不是硅单质的含量。【答案】 A【借题发挥】 关于二氧化硅的考查还可以考查二氧化硅与碱溶液的反应、与碱性氧化物的反应以及二氧化硅的用途等等。三、硅酸盐与无机非金属材料1.传统的无机非金属材料（1）硅酸盐材料是传统的无机非金属材料，其制品性质稳定，熔点高，大多数难溶于水。（2）玻璃：制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2玻璃没有固定的熔沸点。（3）水泥：制造水泥的主要原料有石灰石和黏土。普通水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等。水泥具有水硬性，与水掺和搅拌静置，很容易凝固变硬。 疑难突破Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3同Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2矛盾吗？许多同学会认为Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3同Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2发生矛盾，其实并不矛盾。前者是在水溶液中进行的，由于H2CO3酸性比H2SiO3强，所以H2CO3跟硅酸盐反应生成H2SiO3。后者是在高温下进行的，由于CO2为气体，生成后立即离开反应体系，使反应向右进行到底。2.陶瓷材料（1）高温结构陶瓷：主要包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。氮化硅具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。（2）生物陶瓷（3）压电陶瓷：具有压电效应的陶瓷。目前应用比较广泛的压电陶瓷以钛酸钡（BaTiO3）和钛酸铅（PbTiO3）为主要成分。案例3想一想，下列选项中哪一种物质可与陶瓷、钢化玻璃、高强度水泥归为一类（）A.光导纤维B.有机玻璃C.砖瓦D.人造纤维【剖析】 从题目中给定的几种物质分析可知，这些物质均属于硅酸盐产品，结合各选项中物质的主要成分可知A项可以和它们归为一类。【答案】 A【借题发挥】 有关硅酸盐与无机非金属材料的考查还可以考查硅酸盐的改写、硅酸盐材料在日常生活中和高新科技领域的应用等等。活学巧用1.下列有关说法中正确的是（）A.硅单质既不能与酸反应又不能与碱反应B.晶体硅中每个硅原子与另外四个硅原子形成4个共价键C.硅与NaOH溶液的反应中NaOH作氧化剂D.硅元素在地壳中的含量居第一位【思路解析】 单质硅可以与氢氟酸和强碱溶液反应，所以A项错误；硅与NaOH溶液反应时的氧化剂为水；硅在地壳中的含量仅次于氧，位于第二位。【答案】 B2.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是（）A.晶体硅和金刚石的物理性质相似B.硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它提炼工艺复杂，价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电【思路解析】 本题考查硅的性质。晶体硅的结构与金刚石相似，是具有空间立体网状结构的原子晶体，所以物理性质与金刚石相似，熔沸点高，硬度大；硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的存在，主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于自然界中；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。【答案】 A3.已知Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，硅不与盐酸反应。将含铁、铝、硅的合金样品分为等质量的两份，分别与足量的稀盐酸和烧碱溶液充分反应，测得放出氢气的质量相同。则该合金样品中铁、铝、硅的质量比不可能是（）A.1128128B.3362784C.32413536D.568156【思路解析】 由于Fe+2HCl=FeCl2+H2，Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2，所以欲使上述两种情况下产生氢气的质量相同，则必有铁和硅的质量比满足41。【答案】 CD4.光纤通讯是一种现代化的通讯手段，制造光导纤维的主要原料是（）A.CaCO3 B.SiO2C. CaO D.Na2SiO3【思路解析】 制造光导纤维的主要原料是二氧化硅。【答案】 B5.二氧化硅是酸酐的原因是（）A.它溶于水得相应的酸B.它对应的水化物是可溶性强酸C.它与强碱溶液反应只生成盐和水D.它是非金属氧化物【思路解析】 二氧化硅能够与碱溶液反应只产生盐和水，所以二氧化硅是酸性氧化物。【答案】 C6.下列有关实验室保存一些药品的说法，正确的是（）A.氢氟酸不能贮存于玻璃瓶中B.盛放浓硫酸应当用带有磨口玻璃塞的广口瓶C.盛放硝酸银应当使用棕色瓶D.因为氨水是弱碱溶液，所以可以使用磨口玻璃塞【思路解析】 由于HF能够与玻璃的主要成分反应，所以HF不能保存在玻璃瓶中；液体或溶液通常保存在细口瓶中，碱性溶液通常用橡胶塞保存。【答案】 AC7.在下列反应里，氧化剂和还原剂物质的量比与质量比一致的是（）A.Cl2+H2O=HClO+HClB.H2S+SO2=S+H2OC.SiO2+CSiC+COD.Si+O2=SiO2【思路解析】 当氧化剂、还原剂是同一种物质时，它们的物质的量比一定等于质量比。【答案】 AC8.可以用来制取半导体材料（如大规模集成电路）的是（）A.二氧化硅B.粗硅C.高纯硅D.硅酸盐【思路解析】 制取半导体材料的主要是硅和锗等元素的单质。【答案】 C9.24 g石英和80 g石灰石在高温下充分反应，放出的气体在标准状况下的体积是（）A.4.48 L B.8.96 L C.11.2 LD.17.92 L【思路解析】 由于在高温下反应，所以CaCO3将会完全分解，产生气体的体积只与碳酸钙的量有关。【答案】 D10.某呈碱性的溶液中加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，再加入稀HNO3，沉淀不消失，则该溶液中存在的离子可能为（）A.B. C. D. 【思路解析】 碱性溶液中，银离子不能存在，加硝酸可将亚硫酸钡氧化为硫酸钡而不溶解，硅酸不溶于水，答案是B、D。【答案】 BD11.下列材料的特征及用途说法不正确的是（）A.氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿B.氧化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C.光导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料D.人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机【思路解析】 由于氧化铝具有两性，容易与强酸、强碱反应，所以不能用于制人造牙齿。【答案】 A12.Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2能说明硅酸酸性比碳酸强吗？【思路解析】 上述反应不是在溶液中进行，而是在高温熔融状态下进行的，SiO2的沸点很高，其化学反应可以看作是分两步进行的：Na2CO3=Na2O+CO2，Na2O+SiO2=Na2SiO3，由于CO2的逃逸，使反应顺利进行。故该反应不能用于比较酸性强弱，但可以说明Na2SiO3的热稳定性比Na2CO3强。其反应原理可理解为用难挥发的物质制易挥发的物质。【答案】 略13.高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中数值分别是（）A.7、2B.5、4C.6、3D.3、6【思路解析】 根据正负化合价的代数和为0可得，故只有B项满足。【答案】 B14.下列材料中含有硅元素的是（）水泥玻璃陶瓷计算机芯片压电材料光缆A.B.C. D.【思路解析】 水泥是硅酸盐材料，备选项中无不可选，排除D。玻璃也是硅酸盐材料，备选项中无不可选，排除B。【答案】 A15.下列属于新型无机非金属材料的是（）A.高强度水泥B.钢化玻璃C.氧化铝陶瓷D.光导纤维【思路解析】 水泥、玻璃属于传统硅酸盐材料，也是传统的无机非金属材料。【答案】 CD