硅和硅的化合物复习

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科目化学年级高三年级班级时间2013年9 月课题硅和硅的化合物无机非金属材料复习
教学目标1．了解硅酸、硅酸盐的有关性质。

2．了解碳的氧化物对大气的污染与防治。

3．了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特性与应用。

教材分析重点：硅元素单质和化合物的性质。

难点：硅元素单质和化合物的性质。

板书设计示意框图
硅和硅的化合物无机非金属材料
一、硅和硅的化合物：
1.硅：
(1) 存在：
（2）晶体结构：
（3）物理性质：
(4) 化学性质：
①常温下不活泼，只与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应。

②加热或高温时能与某些非金属反应：Si+O2SiO2，Si+C SiC
(5) 工业制法：
2.二氧化硅：
(1) 存在与结构：
（2）晶体结构：
（3）物理性质：二氧化硅硬度大，熔点高，不导电，不溶于水。

(4) 化学性质：
3.硅酸(H2SiO3)和原硅酸(H4SiO4)：
硅酸(H2SiO3)是一种白色粉末状固体，不溶于水，是酸性比碳酸还弱的弱酸。

SiO2虽为硅酸的酸酐，但SiO2不溶于水也不与水反应，则不能用SiO2与水直接反应得到硅酸，而只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制备。

如:Na2SiO3+2HCl= H2SiO3↓+2NaCl
4.硅酸盐：
硅酸、原硅酸和由它们缩水而成的各种酸所对应的盐，统称为硅酸盐。

除碱金属外，其他金属的硅酸盐均不溶于水。

硅酸钠是最常见的可溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃。

水玻璃是无色黏稠的液体，是矿物胶，用作黏合剂、防腐剂和耐火材料。

二、无机非金属材料：
1. 传统的无机非金属材料(即硅酸盐材料。

如水泥、玻璃、普通陶瓷等，它们抗腐蚀、耐高温，但质脆、经不起热冲击。

)
(1) 水泥：
主要原料：黏土(主要成分SiO2)和石灰石；
(2) 玻璃：
主要原料：石英(SiO2)、纯碱和石灰石；
主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2等共同熔成的混合物(或Na2O·CaO·6SiO2)；
主要反应：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
(3) 陶瓷：
2. 新型无机非金属材料：
【课后作业】相关习题。

时序教学操作过程设计(重点写怎么教及学法指导,含课练、作业安排) [基础知识]
一、硅和硅的化合物：
1.硅：
(1) 存在：地壳中仅次于氧，全部以化合物形式存在。

（2）晶体结构：正四面体型的空间网状结构，属原子晶体。

（3）物理性质：灰黑色，具有金属光泽、硬度较大，熔沸点较高，并具有良好的半导体性能。

(4) 化学性质：
①常温下不活泼，只与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应。

如与NaOH溶液的反应为:
Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2↑
②加热或高温时能与某些非金属反应: Si+O2SiO2，Si+C SiC
(5)工业制法：
a.粗制：SiO2+2C Si(粗硅)+2CO↑
b.精炼：Si(粗硅)+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si(高纯硅)+4HCl
(6)用途：制造半导体器件(如集成电路、晶体管、硅整流器等)及合金(含硅4％的钢具有导磁性，
可用来制造变压器的铁芯)。

2.二氧化硅：
(1) 存在与结构：天然二氧化硅分为晶体和无定形两大类。

石英的主要成分是SiO2，自然界透明
的六方柱状石英晶体，即水晶；无定形SiO2有硅藻土等。

（2）晶体结构：晶体二氧化硅是硅原子与氧原子以共价键形成的空间网状结构的原子晶体，其中Si:O=1:2，“SiO2”是其化学式，1mol SiO2晶体中含有4 mol“Si—O”共价键。

（3）物理性质：二氧化硅硬度大，熔点高，不导电，不溶于水。

(4) 化学性质：
①稳定性：因“Si—O”键能很大，一般很难断裂，所以二氧化硅化学性质十分稳定。

②酸性氧化物：是硅酸的酸酐，可与酸性氧化物、强碱等反应。

如:
SiO2+CaO CaSiO3SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O
(盛放碱溶液的试剂瓶常用橡皮塞而不用玻璃塞)
③特性：SiO2+4HF=2H2O+SiF4↑（HF酸可用于蚀刻玻璃）
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
(5) 用途：制造光导纤维、光学仪器、玻璃原料和建筑材料。

3.硅酸(H2SiO3)和原硅酸(H4SiO4)：
硅酸(H2SiO3)是一种白色粉末状固体，不溶于水，是酸性比碳酸还弱的弱酸。

SiO2虽为硅酸的酸酐，但SiO2不溶于水也不与水反应，则不能用SiO2与水直接反应得到硅酸，而只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制备。

如:Na2SiO3+2HCl= H2SiO3↓+2NaCl
原硅酸几乎不溶于水，是弱酸，不稳定。

这种白色胶状物在空气里放置一段时间后，会失去水而变成硅酸，反应方程式为:H4SiO4= H2SiO3+ H2O。

4.硅酸盐：
硅酸、原硅酸和由它们缩水而成的各种酸所对应的盐，统称为硅酸盐。

除碱金属外，其他金属的硅酸盐均不溶于水。

硅酸钠是最常见的可溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃。

水玻璃是无色黏稠的液体，是矿物胶，用作黏合剂、防腐剂和耐火材料。

硅酸盐是构成地壳岩石最主要的成分，种类多，结构复杂。

习惯上用SiO2和金属氧化物形式表示硅酸盐的组成，其通式为：a M x O y·b SiO2·c H2O（M为金属元素，a、b、c是正整数；当金属氧化物多于一种时，按K2O、Na2O、CaO、MgO、Al2O3顺序排列），但不能认为硅酸盐就是由氧化物所组成的。

二、无机非金属材料：
1. 传统的无机非金属材料(即硅酸盐材料。

如水泥、玻璃、普通陶瓷等，它们抗腐蚀、耐高温，
但质脆、经不起热冲击。

)
(1) 水泥：
主要原料：黏土(主要成分SiO2)和石灰石；
(2) 玻璃：
主要原料：石英(SiO2)、纯碱和石灰石；
主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2等共同熔成的混合物(或:Na2O·CaO·6SiO2)；
主要反应：
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
(3) 陶瓷：
陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。

陶瓷广泛应用于生活和生产中，如日常生活中的部分餐具、建筑中的砖瓦、电器中的绝缘瓷以及化学实验室的坩埚、蒸发皿等，都是陶瓷制品。

2. 新型无机非金属材料：
指的是一些特殊结构、特殊功能的新型材料，如半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。

它们的主要特点有：①能承受高温、强度高；②具有电学特性(有些可作绝缘体、半导体、导体、超导体)；③具有光学特性(有的发光、透光、使某些射线穿过)；④具有生物功能。

新型无机非金属材料的品种很多，象高温结构陶瓷和光导纤维是其中最典型的两种。

高温结构陶瓷具有熔点高、硬度大、透明耐高温的特点。

而光导纤维则有传输信息量大、原材料来源广、质量小、成本低、铺设方便、性能好、抗干扰、防窃听、无电辐射等优点。

[针对训练]
一、选择题（每小题有1—2个选项符合题意）：
1．光纤通信是70年代后期发展起来的一种新型通信技术，目前长距离光纤通信已投入使用。

光纤通信的光学纤维是以下哪种物质经特殊工艺制成的( )
A.碳
B.石英
C.锗
D.硅
2.人造骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料。

它类似于人骨和天然牙的性质和结构。

人造骨可以依靠从人体液中补充某些离子形成新骨。

可在骨骼接合界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼牢固结合。

人造骨植入人体内需要吸收人体中形成新骨的离子是（）
A.Ca2+
B.Cl-
C.Na+
D.PO43-、Cl-
3. 2MgO·SiO2中的酸根离子是（）
A.SiO32-
B.Si2O64-
C.SiO44-
D.Si2O32-
4．钢化玻璃的重要用途之一是制造汽车车窗。

合成钢化玻璃的主要原料是（）
A.纯碱、石灰石、石英
B.纯碱、石灰石、石英、硼酸盐
C.碳酸钾、石灰石、石英
D.水玻璃、石灰石、石英、氧化铅
5．X是原子核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界最硬的原子晶体。

下列叙述错误的是（）
A.WX4是沼气的主要成分
B.固态X2Y是分子晶体
C.ZW是原子晶体
D.ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
6. 在F、P、Si、Fe这四种元素中，每种元素都有某些方面区别于某它三种元素。

若从中选出氟元素，选择的理由中正确的是（）
A.最高价氧化物对应的水化物酸性最强
B.单质与冷水反应最剧烈
C.单质固态时为分子晶体，熔沸点较低
D.在氧化物：OF6、P2O5、Fe2O3中，OF6最稳定
7.四氯化硅的结构与四氯化碳相似，对其性质有如下推断:① SiCl4为分子晶体；②常温常压下是液态；③它是由极性键构成的非极性分子，其中正确的是（）
A.只有①
B.只有①③
C.只有②③
D.①②③
8．锗酸铋(简称BGO)是我国研制成功的一种性能优良的闪烁晶体材料，其中锗(Ge)元素处于最高正价态，铋元素(Bi)的价态与它跟氯形成某种共价氯化物所呈的价态相同，且此氯化物中铋具有8电子稳定结构，BGO的化学式是（）
A.Bi3Ge3O15
B.Bi4Ge3O12
C.Bi4Ge3O16
D.Bi3Ge3O12
9.硅酸铜钡是当今用最新科学技术才合成的一种物质，然而科学家惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟也是硅酸铜钡。

由以上事实推测关于硅酸铜钡的说法错误的是（）
A.易溶于水
B.难溶于水
C.属于硅酸盐
D.属于无机材料
10．下列具有特殊性能的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是（）
A.半导体材料砷化镓
B.吸氢材料镧镍合金
C.透明陶瓷材料硒化锌
D.超导材料K30C60 11．下列表述正确的是（）
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③B．②④C．③④⑤D．③⑤
二、填空题：
12．甲、乙、丙、丁为前三周期元素形成的微粒，它们的电子总数相等。

已知甲、乙、丙为双原子分子或负二价双原子阴离子，丁为原子。

（1）丙与钙离子组成的离子化合物跟水反应产生一种可燃性气体，反应的化学方程式是________ _ 。

（2）乙在高温时是一种还原剂，请用化学方程式表示它在工业上的一种重要用途：_____ 。

（3）在一定条件下，甲与O2反应的化学方程式是___________ ___。

（4）丁的元素符号是__________，它的原子结构示意图为___________________。

（5）丁的氧化物的晶体结构与_________________的晶体结构相似。

13．三硅酸镁(2MgO·3SiO2·n H2O)可用于治疗胃溃疡，已知该物质的溶解度小(属于不溶性化合物)，当胃酸的酸度大于溃疡部分所能承受的酸度时，三硅酸镁有明显的反应。

(1) 写出三硅酸镁与盐酸反应的化学方程式：；
(2) 与其它药物相比，三硅酸镁的主要优点是：。

14.某高熔点物质A属于原子晶体，它与纯碱高温熔融生成B，并放出气体C，C能与B的溶液
反应又生成纯碱和化合物D，D很不稳定，在干燥空气中会失水变成E，加热E又进一步失水变成A。

①写出它们的化学式：A 、B 、C 、D 、E ；
②写出下列变化的化学方程式：
A+纯碱→B：____________________ ；
B溶液+C→D：_____________________ ；
D→E：_______________________ ；
E→A：_____________________ 。

15. 如下图：
已知：
①单质E可作为半导体材料；
②化合物F是不能生成盐的氧化物；
③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应；
据此，请填空：
(1) 化合物F是；(2)化合物I是；
(3) 反应③的化学方程式是；
(4) 反应④的化学方程式是。

16.氮化硅是一种非氧化物高温陶瓷结构材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定。

工业上普遍
采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。

(1) 据此，推测氮化硅陶瓷的用途是（）
A.制有色玻璃
B.制汽轮机叶片
C.制造柴油机
D.制永久性模具
E.制造空调机
(2) 现用四氯化硅和氮气在氢气的保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅；也可以用
碳在氮气中还原二氧化硅制备氮化硅。

请写出相应反应的化学方程式。

(3) 用上述方法制得的氮化硅为粉末状的，对空气和水都不稳定。

写出粉末状的氮化硅和空气及
水反应的化学方程式。

(4) 将粉末状的氮化硅和适量的氧化镁在230atm和185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构
十分紧密，对空气和水都相当稳定的固体材料。

为什么结构紧密的固体氮化硅不再受空气和水的侵蚀？
(5) 氮化硅陶瓷抗腐蚀的能力强，除氢氟酸外，它不与其它无机酸反应。

试推测该陶瓷被氢氟酸
腐蚀的化学方程式。

(6) 金属制的发动机，燃烧的有效利用率只有28％～38％，而用氮化硅陶瓷制的发动机可将热
效率提高到50％，简述其原因。

(7) 在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅，通过常压烧结即
成为新一代无机非金属材料叫做氧氮化铝硅，又名赛伦(Sialen)，化学式为Si6-x Al x O x N y(x=2～4)，则赛伦(Sialen)属于晶体，它具有、、等特性，化学通式
中y= (用含x的代数式表示)。

17．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl SiHCl3＋H2
③ SiHCl3与过量H2在1000～1100℃反应制得纯硅。

已知SiHCl3，能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。

请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为。

（2）粗硅与HCl反映完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点－84.7℃），提纯SiHCl3采用的方法为。

（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：
①装置B中的试剂是。

装置C中的烧瓶需要加热，其目的是____ 。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是，装置D不能采用普通玻璃管
的原因是，装置D中发生反应的化学方程式为________ 。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以
及。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试
剂（填写字母代号）是。

a．碘水b．氯水c．NaOH溶液d．KSCN溶液e．Na2SO3溶液【课后作业】相关习题。

教
学
后
记。