人教版高中化学必修一411硅及其化合物.docx

高中化学学习材料
唐玲出品
第四章非金属及其化合物
第1节无机非金属材料的主角——硅
课题1 硅及其化合物
【学习目标】
1．认识硅的性质，了解硅的用途。

2．通过对比分析，理解二氧化硅的性质，了解二氧化硅的特性和用途。

3．认识硅酸的性质，了解硅胶的用途。

【活动过程】
活动一：认识硅的性质，了解硅的应用
1．写出碳和硅的原子结构示意图，指出两者的区别联系以及两种元素在自然界的存在。

2．单质硅有晶体和无定形两种，且已知晶体硅结构和金刚石类似。

请你根据金刚石的性质，预测晶体硅的物理性质和化学性质
3．根据硅在元素周期表中的位置，解释硅成为信息技术关键材料的原因。

4．交流讨论并归纳硅的应用，说说为什么可以称硅为无机非金属材料的主角。

活动二：理解二氧化硅的性质，了解二氧化硅、碳化硅的用途
1．研究二氧化硅的晶体结构，理解其化学式。

观察下列二氧化硅晶体的有关结构，回答有关问题：
二氧化硅中的[SiO4]四面体结构二氧化硅和金刚石的结构
⑴1个硅原子与几个氧原子直接相连？
⑵1个氧原子与几个硅原子直接相连？
⑶从组成物质的粒子看，如何描述二氧化硅晶体和干冰晶体的组成？
2．查阅资料，小组交流讨论自然界中含二氧化硅的物质有哪些？它们的物理性质如何？
3．右图是实验室在特定条件下使用的石英坩埚。

你
认为石英坩埚有什么特点？
4．探究二氧化硅的化学性质。

根据下列事实，用化学方程式描述二氧化硅的化学性质。

⑴实验室中盛装NaOH等碱性溶液的试剂瓶，常用橡皮塞而不能用玻璃塞？
⑵玻璃雕刻时，通常先用石蜡把不需要雕刻部分的玻璃覆盖，然后在无石蜡的地方涂
氢氟酸，片刻后玻璃被蚀刻，同时有水和一种由两种元素组成的气体生成。

⑶将SiO2与CO2对比，归纳二氧化硅的主要化学性质。

5．半导体工业中有一句话：“从沙滩到用户”。

只有高纯硅（杂质少于百万分之一）才具有良好的半导体性能，被广泛用于半导体材料。

⑴请写出工业上制取高纯硅的各步反应方程式：
①在电炉里以C还原SiO2制得粗硅；
②将氯气与粗硅中的硅反应制得硅的氯化物SiCl4；
③用氢气还原SiCl4制得高纯硅。

⑵你是如何理解“从沙滩到用户”这句话的？
⑶实验室要制取7g晶体硅，至少需要标准状况下多少体积的氢气？
6．分析与金刚石的联系，猜想SiC晶体中两种原子的排列方式，举例说明SiC的性质、用途。

活动三：探究硅酸的制取方法
1．举例说明含氧酸的常见制取方法。

2．已知硅酸（以H2SiO3表示）是一种弱酸，请设计方案制取硅酸，要求反应完全时，即停止加入试剂。

实验用品：饱和Na2SiO3溶液、6mol/L盐酸溶液、酚酞溶液、试管、胶头滴管等。

3．硅酸凝胶经干燥脱水后得到硅胶，硅胶可用做干燥剂，为什么？
【课堂反馈】
1．下列物质的晶体，不存在分子的是
A．二氧化硅 B．二氧化碳 C．二氧化硫 D．二硫化碳
2．可以直接用作半导体材料（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
3．下列物质不与水反应的是
A．SiO2 B．CO2 C．CaO D．Fe2O3
4．玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃或雕花玻璃的物质是
A．烧碱 B．纯碱 C．氢氟酸 D．盐酸
5．将固态的NaOH加热至熔融状态，可选用的器皿是
A．铁坩埚 B．石英坩埚 C．铝坩埚 D．蒸发皿
6．用一种试剂证明生石灰中含有石灰石和石英，下列试剂适宜的是
A．NaOH溶液 B．盐酸 C．氢氟酸 D．氯化钠溶液
7．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是
A．SiO2→Na2SiO3 B．SiO2→H2SiO3 C．SiO2→CaSiO3 D．Na2SiO3→SiO2
8．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐溶液中析出硅酸沉淀
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀9．有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。

假如硅作为一种普遍使用的新能源被开发利用，关于其有利因素的下列叙述中，你认为是错误的是
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界中存在大量的硅单质
C．硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．硅作为能源，可以“再生”
10．用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代
物质文明的重要作用。

例如：
⑴计算机芯片的主要成分是 ；
⑵光导纤维的主要成分是 ；
⑶目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是 ；
⑷用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为 的化合物。

11．物质A 是一种高熔点化合物，不溶于强酸中，但能与纯碱在熔融时反应生成化合物B ，同时放出气体C ；把气体C 通入B 的溶液中，得到化合物D ；将D 加热又重新得到化合物A 。

⑴A 、B 、C 、D 的化学式是：
A ，
B ，
C ，
D ．
⑵写出足量C 通入B 溶液中的离子方程式： 。

课题1 硅及其化合物
【活动结果】
活动一：认识硅的性质，了解硅的应用
1．原子结构示意图：C ：：
碳原子和硅原子最外层电子数都是4，硅原子比碳原子多一层电子。

它们原子都不容易得电子或失电子，主要都是形成正四价的化合物。

碳在自然界既以单质也以化合物形式存在。

由于硅的亲氧性，硅在自然界主要以氧化物及硅酸盐的等化合物形式存在。

碳是有机物中的主要元素；而硅是构成岩石和一些矿物的基本元素。

2．熔点高、硬度大。

常温下，化学性质不活泼,与氧气、氯气、硝酸、硫酸等都很难反应。

3．硅在元素周期表中处于金属与非金属的过渡位置，晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

4．硅的应用：计算机的芯片、电子存储器、光电池等。

含硅4%的硅钢导磁性好，用做变压器的铁芯、硅橡胶耐高温和低温，弹性好，广泛用于尖端科技领域等。

硅元素在自然界中存在广泛，硅的化合物占地壳总质量的90%以上；硅产品性能好，应用范围广，所以可以称硅为无机非金属材料的主角。

活动二：理解二氧化硅的性质，了解二氧化硅的用途
1．⑴4
⑵2
⑶二氧化硅的晶体是由硅原子和氧原子构成，硅原子和氧原子的比例为1:2，但晶体中并不存在二氧化硅分子；干冰晶体是由二氧化碳分子构成，二氧化碳分子中碳原子和氧原子比例为1:2
2．自然界中含有二氧化硅的物质有石英、水晶（无色透明的石英）、玛瑙等。

它们都具有较高的熔沸点、硬度。

3．耐高温、耐腐蚀。

4．⑴2NaOH＋SiO2＝2Na2SiO3＋H2O
⑵SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
⑶二氧化硅和二氧化碳相似，都属于酸性氧化物，一定条件下能和碱或碱性氧化物反
应。

但二氧化硅也有其特性，如：能和氢氟酸反应，但因不溶于水，不能和水反应生成对应的酸。

5．⑴①SiO2＋2C Si＋2CO↑
②Si＋2Cl2SiCl4
③SiCl4 ＋2H2Si＋4HCl
⑵从沙子中得到二氧化硅，在用二氧化硅制高纯硅，高纯硅是良好的半导体材料
⑶ 2H2 ～ Si
2×22.4L 28g
V(H2) 7 g
V(H2)=
g g
L 287
4.
22
2⨯
⨯
= 11.2L
答:至少需要标准状况下的氢气11.2L.
6．SiC的结构可以理解为金刚石的结构相邻两个碳原子中有一个换成硅原子，即硅碳原子交替排列连接。

由于SiC具有金刚石的结构，硬度大，所以用做砂轮等磨料。

活动三：探究硅酸的制取方法：
1．含氧酸的常见制取方法有：
⑴由对应的酸性氧化和水反应制取，如：SO3＋H2O＝H2SO4等。

⑵通过复分解反应（强酸制弱酸）制取，如：Na2CO3＋2HCl＝2 NaCl＋H2O＋CO2↑2．在3～5mLNa2SiO3溶液中加入1～2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐渐加入稀盐酸，边加边振荡，至混合物红色刚好接近无色，静置。

红色接近无色时，有透明的硅酸凝胶产生。

SiO32—＋2H+＝H2SiO3↓
3．硅胶多孔，吸水力强
【课堂反馈】
１.A 2.C 3.AD 4.C 5.A 6.B 7.BD 8.B 9.B
10.⑴硅（或Si或单晶硅）⑵二氧化硅（SiO2）
⑶硅（或Si）⑷铝硅酸盐（或硅铝酸盐）
11. SiO2、Na2SiO3、CO2、H2SiO3 2CO2＋SiO32—＋2H2O＝H2SiO3＋2HCO3—。