1、第三单元含硅矿物与信息材料,第二课时二氧化硅与信息材料,1了解二氧化硅、硅的主要性质。2了解二氧化硅、硅的重要用途，体会化学知识的创造性和实用性。,一、二氧化硅1物理性质和用途二氧化硅是一种熔沸点 ，硬度 的氧化物，除可用于制作 外，还可用于制造 。2化学性质二氧化硅的化学性质不活泼，不与水、酸( 除外)发生反应，能耐高温、耐腐蚀。,很高,光学镜片,石英坩埚,光导纤维,氢氟酸,很大,(1)酸性氧化物的通性SiO2是酸性氧化物，能与 和 反应。与碱反应在常温下，SiO2与强碱溶液反应，生成 。例如，SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式： 。与碱性氧化物反应在高温下，SiO2能与碱性氧化物反应生
2、成盐。如SiO2与CaO反应的化学方程式： 。(2)在高温下，SiO2还能与Na2CO3、CaCO3等反应。化学方程式分别为： ； 。,碱性氧化物,强碱,硅酸钠,SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,SiO2CaO CaSiO3,SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2,SiO2CaCO3 CaSiO3CO2,高温,高温,高温,(3)弱氧化性在高温下，SiO2还能被焦炭还原，反应的化学方程式： 。(4)与氢氟酸反应反应的化学方程式： 。,SiO22C Si2CO,SiO24HF=SiF42H2O,高温,保存NaOH溶液时能使用玻璃塞吗？为什么？ 【提示】不能。因NaOH会与玻璃塞磨口处的
3、SiO2反应，生成的 Na2SiO3溶液会使瓶塞与瓶壁粘连在一起。,二、硅单质1物理性质和用途硅晶体的熔、沸点都 ，硬度 。其导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的 ，广泛应用于电子工业的各个领域。,很高,很大,半导体材料,2化学性质(1)在常温下，单质硅的化学性质比较稳定，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质反应。与氟气反应： 。与氢氟酸的反应： 。与氢氧化钠溶液反应： 。(2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也能与碳反应。与O2反应： ；与Cl2反应： ；与C反应： 。,Si2F2=SiF4,Si4HF=SiF42H2 ,Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2,SiO2 SiO2,Si
4、2Cl2 SiCl4,SiC SiC,高温,3制备硅单质是由其 制得的，主要分为两个阶段：(1)粗硅的制取：化学方程式为： 。(2)粗硅转变为纯硅粗硅与Cl2反应： ；用H2还原SiCl4得到纯硅： 。,氧化物,SiO22C Si2CO,Si2Cl2 SiCl4,2H2SiCl4 Si4HF,高温,一、二氧化硅,二氧化硅的结构：在SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子相连(见右图)，形成四面体结构，Si原子位于四面体的中心，O原子位于四面体的4个顶点。同时，每个O原子与2个Si原子相连，每个O原子为两个四面体所共有，每个四面体都占有1个Si原子、4 =2个O原子，所以，SiO2晶体是Si原子
5、和O原子按12的比例构成的立体网状结构的晶体，不存在单个的SiO2分子。,实验室使用的石英坩埚或瓷坩埚能否用来加热碱性物质？为什么？学生交流【提示】不能。石英坩埚和瓷坩埚的成分含SiO2，能与碱性物质反应，因此不能用来加热碱性物质。,氢氟酸为什么可以用来雕刻玻璃，制造艺术品？学生交流【提示】因玻璃成分中含SiO2，氢氟酸与SiO2反应，化学方程式为：SiO24HF=SiF4H2O。,二氧化硅中硅元素的化合价为4价，这是硅元素的最高正化合价，因此具有一定的氧化性。试分析下列反应中各物质的氧化性和还原性。SiO22C Si2CO师生互动【提示】在反应SiO22C Si2CO中，SiO2是氧化剂，表
6、现氧化性，C为还原剂，表现还原性，根据氧化性、还原性强弱判断方法知还原性：CSi。而事实上硅的还原性比碳强，这是因为在高温条件下反应生成了气态的CO，促进了反应的进行，所以高温下硅单质可以用碳来制取。,高温,高温,下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()ACO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐BCO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸CCO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物DCO2和SiO2都是由相应的分子组成的【解析】虽然SiO2是H2SiO3的酸酐，但CO2可溶于水生成H2CO3，但SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，B错误；SiO2与CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误
7、；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。【答案】A,1.下列关于二氧化硅的说法中正确的是()A二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成B在二氧化硅晶体中，每个硅原子周围结合4个氧原子C二氧化硅可用来制作干燥剂D二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸【解析】SiO2晶体中不存在单个分子，其结构中每个硅原子周围结合4个氧原子，每个氧原子周围结合2个硅原子，所以硅原子与氧原子的个数比为12，化学式写作SiO2，故A错误，B正确；硅酸在一定条件下制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，C项错。SiO2是酸性氧化物，但常温下可与氢氟酸反应，D错误。【答案】B,
8、二、单质硅及其制备,在常温下，硅的化学性质不活泼，加热时可以与一些非金属及其他物质反应。下列物质在一定条件下能与硅单质反应的有_。F2HFNaOHO2Cl2CCOCaO师生互动【提示】,截止到目前为止，你知道能与NaOH溶液反应的单质是什么吗？写出反应的化学方程式。学生交流【提示】金属Al和非金属Si。2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。,如何利用硅的氧化物制备晶体硅？简要书写流程及化学方程式。学生交流【提示】分为两个阶段：,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：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥HCl气体反应制得
9、SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；SiHCl3与过量H2在1 0001 100 下反应制得纯硅。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)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，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图所示(热源及夹持装置略去)：,装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。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
10、是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。,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_。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cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液,【解析】由于SiHCl3极易自燃、极易和水反应，因此用一般的化学方法难以提纯，又由于SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。由(3)中实验装置图可以看出A为制取氢气的装置，B为干燥氢气的装置。由SiHCl3的沸点可知其在常温下为液态，对C装置加热可以使其汽化，以保证它和氢气充分接
11、触并进入D中，在较高温度下反应得到单质硅。由于是对微量铁单质的检验，三价铁离子遇KSCN溶液变色最为灵敏，所以应把铁转变为三价铁离子。,【答案】(1)SiO22C Si2CO(2)分馏(或蒸馏)(3)浓H2SO4使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3H2 Si3HCl排尽装置中的空气和水蒸气bd,高温,2.(2009年南通调研考试)从石英砂制取硅并获得高纯硅的主要化学反应如下：SiO22C Si(粗)2COSi(粗)2Cl2 SiCl4SiCl42H2 Si(纯)4HCl关于上述反应的分析不正确的是()A是置换反应，是化合反应B高温下，焦炭与氢气的
12、还原性均强于硅C任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子D高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅,高温,高温,加热,【解析】选项A，根据置换反应和化合反应的概念即可判断；选项B，根据反应可知焦炭的还原性大于硅，根据反应可知氢气的还原性大于硅；选项C，在三个反应中，硅元素的化合价从0价变为4价或从4价变为0价，故每消耗或生成28 g硅，转移电子均为4 mol；选项D，将反应中得到的易挥发的SiCl4分离出来后，再用氢气还原才可以得到高纯硅，故原操作不正确。【答案】 D,SiO2与CO2的比较,高温,高温,高温,高温,高温,虽然SiO2既能与NaOH溶液反应，也能
13、与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。,AAl、Cu、Mg、Si、Mn BAl、Mg、Si、ZnCAl、Fe、C、Cu DAl、Si、Zn、Na【解析】硬铝外观为古铜色，所以其成分中含有铜；根据图示，硬铝样品用盐酸处理后，再用NaOH溶液处理，仍然有气体产生，故应该含硅。B、C、D项均不符合条件。【答案】A,现代建筑的门框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如图实验(每一步所加试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成为(),1,素有“水晶之乡”美称的江苏东海县盛产水晶，现存于国家地质博物馆的水晶大王就出自东海县。水晶是较纯净的透明的石英晶体，石英的主要成分是SiO
14、2。下列有关石英的叙述正确的是()A石英都是无色透明的晶体，可以作装饰品，也可以制作光学仪器B石英可以用来生产玻璃C石英晶体可以制取金刚砂D石英不可以用来制取高纯硅，可以制光导纤维【解析】纯净的SiO2晶体水晶是无色的，而其他的石英晶体具有不同的颜色，如玛瑙。生产玻璃的原料是石英、纯碱与石灰石。金刚砂是SiC，可以用SiO2与过量C反应制得。石英是光导纤维的材料，可以通过石英与碳得到单质Si，然后再与Cl2反应生成SiCl4，SiCl4与H2反应得到纯净的Si。【答案】BC,2,A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示，A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。,3,请填空：(1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B的化学式(分子式)为_，B的晶体类型为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_。(3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。,【解析】根据题意A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，可确定A为硅，分析框图，并结合中学化学知识，高温下与碳反应生成单质硅的只有二氧化硅，因此可确定B为SiO2，依据框图可确定C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。【答案】(1) 4(2)SiO2原子晶体SiO22CSi2CO(3)CaSiO3Na2SiO3,
