5.3.1硅和二氧化硅（原卷版）

第三節(jié)無機非金屬材料（1）硅和二氧化硅【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、掌握硅元素在自然界中的存在形式，熟悉硅的化學(xué)性質(zhì)及其用途2、掌握二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)和用途，辨析二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)的差異性一、硅1、硅元素的存在硅在地殼中的含量僅次于氧，為26.3%。硅是一種親氧元素，在自然界僅以的形式存在，主要以(如：地殼中的大多數(shù)礦物)和氧化物(如：水晶、瑪瑙)的形式存在2、硅的物理性質(zhì)晶體硅是一種帶有的灰黑色固體，晶體硅熔點、硬度、有脆性，導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的材料。3、化學(xué)性質(zhì)硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，最外層有個電子，反應(yīng)中既不容易電子，也不容易電子(1)常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，只與F2、HF(氫氟酸)、強堿(如NaOH)溶液反應(yīng)①與氟氣反應(yīng)：②與氫氟酸反應(yīng)：。③與NaOH溶液反應(yīng)：。(2)加熱和高溫時，能與O2、Cl2、C等反應(yīng)①與O2反應(yīng)：。②與Cl2反應(yīng)：。③與C反應(yīng)：。4、單質(zhì)硅的制備——硅在自然界中以化合態(tài)存在，工業(yè)上常以為原料來制取單質(zhì)硅(1)單質(zhì)硅常用二氧化硅來制取，主要分為兩個階段①用碳還原二氧化硅制備粗硅②將粗硅先與氯氣反應(yīng)，其產(chǎn)物用氫氣還原制備純硅【微點撥】①粗硅制備時，要隔絕空氣，在電爐中進行，且生成的是而不是。②粗硅中含碳等雜質(zhì)，與氯氣反應(yīng)生成的SiCl4中也含有CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度的硅(2)工業(yè)制備高純硅的原理工業(yè)制備高純硅的原理示意圖涉及的主要化學(xué)反應(yīng)5、硅主要的用途高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。利用其半導(dǎo)體性能可以制成計算機、通信設(shè)備和家用電器等的芯片，以及太陽能光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等的硅太陽能電池；單質(zhì)硅常用作半導(dǎo)體材料和合金材料【微點撥】(1)硅單質(zhì)的特性①非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸作用，但Si卻能與氫氟酸作用：。②非金屬單質(zhì)一般不導(dǎo)電，但Si為半導(dǎo)體，有一定的導(dǎo)電能力③Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：。=4\*GB3④非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si與堿液反應(yīng)放出H2：。(2)硅與NaOH溶液的反應(yīng)本質(zhì)在硅與NaOH溶液的反應(yīng)中，還原劑是，氧化劑是。當(dāng)標(biāo)電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目時，應(yīng)表示為：?！径?、二氧化硅(SiO2)1、存在：SiO2廣泛存在于自然界中，SiO2的存在形式有形和形兩大類，水晶、瑪瑙的主要成分是的二氧化硅，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅2、物理性質(zhì)：SiO2水，熔點，硬度。3、結(jié)構(gòu)SiO2晶體的基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體，每個Si原子周圍結(jié)合個O原子，每個O原子與個Si原子相結(jié)合，許多以Si為中心，O在4個頂點的四面體通過頂點的O相連接而組成的晶體①二氧化硅晶體是原子晶體，是由硅原子和氧原子構(gòu)成的②二氧化硅晶體中硅原子和氧原于的個數(shù)比為。③二氧化硅晶體中Si原子與Si—O鍵的比為，即1molSiO2晶體中約含個Si—O共價鍵4、化學(xué)性質(zhì)(1)具有酸性氧化物的通性：SiO2是，難溶于于水①SiO2與NaOH溶液反應(yīng)：。②SiO2與堿性氧化物反應(yīng)：。(2)SiO2的弱氧化性：。(3)SiO2能與氫氟酸(HF)反應(yīng)：。(用氫氟酸刻蝕玻璃)【微點撥】①盛裝等堿性溶液的玻璃試劑瓶應(yīng)用橡皮塞或軟木塞，而不能用磨口玻璃塞，盛裝硅酸鈉溶液的試劑瓶也不能用玻璃塞(硅酸鈉是一種礦物膠，粘性大)②氫氟酸可較快腐蝕玻璃，可用氫氟酸刻蝕玻璃，不能用保存氫氟酸而應(yīng)用。③石英坩堝不能熔融氫氧化鈉等堿性固體5、二氧化硅的用途①沙子是基本的建筑材料②純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作。③和制作飾物和工藝品④實驗室中使用石英坩堝=5\*GB3⑤SiO2用于制備硅=6\*GB3⑥SiO2用于制造各種玻璃制品6、CO2和SiO2的比較物質(zhì)比較項目二氧化硅(SiO2)二氧化碳(CO2)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，不存在單個分子存在單個CO2分子物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水與水反應(yīng)與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：與堿反應(yīng)與鹽反應(yīng)與Na2CO3反應(yīng)：與Na2SiO3反應(yīng)：與堿性氧化物反應(yīng)與CaO反應(yīng)：SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3與Na2O反應(yīng)：Na2O＋CO2=Na2CO3氧化性用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽【微點撥】①SiO2不溶于水，如何由SiO2制取H2SiO3?②設(shè)計一個實驗比較硅酸和碳酸的酸性強弱？實驗過程向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體實驗裝置圖實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論化學(xué)方程式對點訓(xùn)練1】1、下列關(guān)于碳和硅的比較，正確的是()A．它們的氧化物都能與水反應(yīng)生成對應(yīng)的酸B．碳和硅的最高正價都是＋4價C．硅元素在地殼中的含量占第二位，碳占第一位D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游離態(tài)也有化合態(tài)2、下列關(guān)于硅的說法中，錯誤的是()A．硅是非金屬元素，它的晶體單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B．單質(zhì)硅和金剛石結(jié)構(gòu)相似，但比金剛石硬度小，熔點低C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)【對點訓(xùn)練2】1、關(guān)于二氧化硅，下列敘述正確的是________①化學(xué)性質(zhì)不活潑，熔融氫氧化鈉固體可用石英坩堝②是酸性氧化物，溶于水顯酸性，不溶于任何酸③物理性質(zhì)與CO2相似④SiO2晶體是由SiO2分子直接組成的⑤水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2⑥光導(dǎo)纖維在強堿性條件下易發(fā)生“斷路”2、下列說法正確的是()A．SiO2熔點高、硬度大，可用于制光導(dǎo)纖維B．SiO2具有導(dǎo)電性，可用于制作光導(dǎo)纖維和光電池C．由于HF能與SiO2反應(yīng)，所以可用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記D．在一定條件下，SiO2eq\o(→,\s\up9(HCl（aq）))SiCl4eq\o(→,\s\up11(H2),\s\do4(高溫))Si物質(zhì)間轉(zhuǎn)化均能實現(xiàn)3、下列關(guān)于硅及二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)方程式書寫錯誤的是()A．硅與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑B．硅與燒堿溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑C．硅與鹽酸反應(yīng)：Si＋4HCl=SiCl4＋2H2↑D．二氧化硅在高溫下被C還原：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑4、熔融氫氧化鈉應(yīng)選用()A．石英坩堝B．普通玻璃坩堝C．生鐵坩堝 D．陶瓷坩堝5、下列溶液中①硅酸鈉溶液②氫氟酸③氫氧化鈉溶液④氯化鈉溶液，可以盛放在玻璃試劑瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是()A．①③B．②④C．②③ D．①④【課后作業(yè)】1、我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關(guān)敘述正確的是()A．晶體硅和金剛石的物理性質(zhì)相似B．晶體硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)C．晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但是它的提煉工藝復(fù)雜，價格昂貴D．晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導(dǎo)電2、有科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”、“未來的石油”等觀點。假如硅作為一種普遍使用的新型能源被開發(fā)利用，關(guān)于其有利因素的下列說法中，你認(rèn)為不正確的是()A．硅便于運輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料B．自然界中存在大量單質(zhì)硅C．硅燃燒放出的熱量大，且燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染程度低，容易有效控制D．自然界硅的貯量豐富3、科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法中錯誤的是()A．自然界中硅元素的儲量豐富B．自然界中存在大量的單質(zhì)硅C．高純度的硅被用作計算機芯片D．可用H2在高溫下還原SiCl4的方法得到高純硅4、在SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑反應(yīng)中，氧化劑和還原劑的質(zhì)量比為()A．36:30B．60:36C．2:1D．1:25、高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下，下列說法正確的是()A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅B．電弧爐中的化學(xué)方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑C．二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，而硅不能與氫氟酸反應(yīng)D．SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點67.6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl36、下列有關(guān)硅的說法不正確的是()A．硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B．硅的導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．加熱到一定程度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)7、能用磨口玻璃塞玻璃瓶存放的試劑有()A．燒堿溶液B．濃硝酸C．氫氟酸 D．硅酸鈉溶液8、下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是()A．晶體硅具有金屬光澤，可以導(dǎo)電，屬于金屬材料B．常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以自然界中的硅大部分以游離態(tài)存在C．SiO2可由兩種單質(zhì)直接反應(yīng)生成，將其加入BaCl2溶液中同時有氣體和沉淀產(chǎn)生D．除去SiO2中混有的BaCO3可加入適量的稀鹽酸9、下圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是()A．SiO2屬于兩性氧化物B．酸性：H2SiO3＞H2CO3C．硅膠吸水后可重復(fù)再生D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)10、下列反應(yīng)不能一步完成的是()A．SiO2→Na2SiO3B．SiO2→H2SiO3C．Na2SiO3→H2SiO3 D．H2SiO3→SiO211、將過量的CO2分別通入：①CaCl2溶液；②濃Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④C．①②③ D．②③12、在①濃硝酸、②水、③鹽酸、④氫氟酸、⑤氫氧化鉀溶液中，常溫時能與二氧化硅起化學(xué)反應(yīng)的有()A．①②B．②④C．④⑤D．③④13、下列關(guān)于硅及二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)方程式書寫錯誤的是()A．硅與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑B．硅與燒堿溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑C．硅與鹽酸反應(yīng)：Si＋4HCl=SiCl4＋2H2↑D．二氧化硅在高溫下被C還原：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑14、某研究性學(xué)習(xí)小組進行了“實驗室制Si”的研究，他們以課本為基礎(chǔ)，查閱資料得到以下可供參考的信息：①工業(yè)上在高溫時用C還原SiO2可制得Si；②Mg在點燃的條件下按質(zhì)量比8∶5與SiO2反應(yīng)生成一種白色固體化合物和另一種硅化物；③金屬硅化物與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鹽與SiH4；④Si和SiO2均不能與稀H2SO4反應(yīng)；⑤SiH4在空氣中自燃。他們的研究報告中記載著“……選用合適的物質(zhì)在適合的條件下充分反應(yīng)；再用足量稀硫酸溶解固體產(chǎn)物；然后過濾、洗滌、干燥，最后稱量……用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花，其產(chǎn)率也只有預(yù)期的63%左右?！闭埢卮鹣铝袉栴}：(1)該小組“實驗室制Si”的化學(xué)反應(yīng)方程式是________________(2)寫出②的反應(yīng)方程式：______________________________________(3)該過程中產(chǎn)率比預(yù)期低的原因是________________________________(4)你估計“用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花”的原因是什么？請用必要的文字和化學(xué)方程式予以說明：_________________15、A、B、C、D、E五種物質(zhì)中均含有同一種非金屬元素，它們能發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系，該元素(用R表示)的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(Na2RO3)和氫氣。請回答下列問題。(1)寫出各物質(zhì)的化學(xué)式：A________；B__________；C________；D________；E________(2)寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式：_______________________________________________，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______(3)寫出反應(yīng)④的離子方程式：__________________________________________(4)寫出反應(yīng)⑤的離子方程式：_______________________________________(5)H2CO3的酸性強于E的，請用離子方程式予以證明：_