2015-2016学年鲁科版化学必修1 第四章 材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料.doc

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第四章 材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料

1.了解硅的物理性质、化学性质。

2.了解二氧化硅的性质,认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。 3.了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能和用途。 知识清单 一、单质硅与半导体材料 1.半导体材料。

(1)半导体材料的特点:特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。

(2)常见的半导体材料:最早使用的半导体材料是锗(Ge),现在最广泛使用的半导体材料是硅。 2.单质硅。 (1)硅的存在。

在地壳里,硅的含量仅次于氧,全部以化合态存在,主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐。 (2)物理性质。

①单质硅有晶体硅和无定形硅两种。

②晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 ③单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。 (3)化学性质。

常温下,硅的化学性质不活泼,但在加热条件下和某些非金属单质(如O 2、Cl 2)发生反应,反应的化学方程式分别为Si +O 2=====△SiO 2,Si +2Cl 2=====△

SiCl 4。 3.硅的制取。

用焦炭在电炉中还原可得粗硅,化学方程式为 SiO 2+2C=====高温

Si +2CO↑。 4.硅的用途。

用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等,其合金用于制造变压器铁蕊和耐酸设备等。

二、二氧化硅与光导纤维

1.二氧化硅的存在。

二氧化硅广泛存在于自然界中,是沙子、石英的主要成分。纯净的二氧化硅又称水晶。 2.二氧化硅的物理性质。

纯净的二氧化硅晶体无色,熔点高,硬度大,难溶于水。 3.二氧化硅的结构。

SiO 2晶体是由Si 原子和O 原子按1∶2构成的,每个Si 原子结合4个O 原子.每个O 原子结合2个Si 原子。 4.二氧化硅的化学性质。 (1)具有酸性氧化物的通性。

a .常温下SiO 2与 NaOH 溶液反应生成盐和水: SiO 2+2NaOH===Na 2SiO 3+H 2O 。

b .高温下SiO 2与碱性氧化物(如 CaO)反应生成盐: SiO 2 +CaO=====高温

CaSiO 3。 (2)特性。

与氢氟酸(HF)反应:

SiO 2 +4HF===SiF 4↑+2H 2O 。 5.光导纤维。 (1)主要成分:SiO 2。

(2)用途:用于通讯、能量传输、信息处理等,光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力,且提高了信号传输效率。 三、硅酸盐与无机非金属材料

1.硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。硅酸盐制品性质稳定,熔点较高,大都难溶于水。常见的硅酸盐产品有玻璃、水泥、陶瓷等。 2.玻璃。

(1)制造普通玻璃的主要原料是纯碱(Na 2CO 3)、石灰石(CaCO 3)和石英(SiO 2)。 (2)制造玻璃的设备为玻璃熔炉。

(3)反应的化学方程式为CaCO 3+SiO 2=====高温CaSiO 3+CO 2↑、Na 2CO 3+SiO 2=====高温

Na 2SiO 3+CO 2↑。

(4)普通玻璃的主要成分为Na 2SiO 3、CaSiO 3和SiO 2。

根据反应SiO 2+Na 2CO 3=====高温

Na 2SiO 3+CO 2↑能否说明硅酸酸性比碳酸强? 答案:不能。酸性强弱的判断应根据水溶液中发生的反应,硅酸酸性比碳酸弱。

3.水泥。

(1)生产原料:石灰石和黏土。

(2)普通水泥的主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等。

(3)水泥的特点是水泥具有水硬性,与水掺和搅拌并静置后,很容易凝固变硬。 4.陶瓷。

(1)生产原料:黏土等天然硅酸盐。 (2)分类。

①陶器:疏松多孔有吸水性,有色、施釉。

②瓷器:制作时原料纯度较高;烧结温度也较高。因此组织致密,几乎不吸水,色白,耐酸碱侵蚀。

四、新型无机非金属材料

活学活用

1.下列关于硅及硅的化合物的叙述中正确的是(D) A .粗硅制备时,发生的反应为:C +SiO 2=====高温

Si +CO 2↑

B .硅元素在地壳中的含量居第二位,自然界中既有游离态的硅,又有化合态的硅

C .水晶项链和瓷盘都是硅酸盐产品

D .二氧化硅是制造光导纤维的重要原料

解析:制备粗硅反应产物为CO,不是CO2,A错误。自然界中无游离态的硅,只有化合态,B错误。水晶项链的成分主要是SiO2,C错。

2.下列说法正确的是(B)

A.单质硅能在空气中稳定存在

B.玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳

C.二氧化硅可用作半导体材料

D.SiO2不能与水反应生成H2SiO3,所以SiO2不是酸性氧化物

解析:硅可与氧气在一定条件下发生反应,单质硅不能在空气中稳定存在;硅可用作半导体材料;SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和水,SiO2是酸性氧化物。

3.在一定条件下,下列物质不能和SiO2反应的是(D)

①焦炭②纯碱③碳酸钙④氢氟酸⑤硝酸⑥氢氧化钾⑦氧化钙

A.③⑤⑦B.⑤⑦

C.①⑤D.⑤

解析:常温下SiO2与NaOH、HF反应,加热高温时与C、CaCO3、Na2CO3、CaO反应。

水平测试

1.关于硅的下列说法中,不正确的是(C)

A.硅是非金属元素,它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间,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反应

D.加热到一定温度时,硅能与氧气、氯气等非金属单质反应

解析:硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体;单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料;在常温下,硅的化学性质不活泼,除能与F2、HF、强碱反应外,硅不易跟其他物质反应,但在加热条件下,硅能与一些非金属如氧气、氯气等反应。

2.在一定条件下,下列物质与硅、二氧化硅均不反应的是(B)

A.氢氟酸B.浓硫酸

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