第12讲：无机非金属材料的主角-硅（上课用）.ppt

1、要点探究 探究点一碳探究点一碳 硅硅碳碳硅硅存在形态存在形态单质的存单质的存在形态在形态金刚石、石墨、金刚石、石墨、C C6060等同素异等同素异形体形体_和和_ _ 单质物单质物理性质理性质金刚石：金刚石：_石墨：石墨：_ _ _色固体、色固体、有金属光泽，熔有金属光泽，熔点高、硬度大，点高、硬度大，有脆性有脆性游离态和化合态游离态和化合态化合物化合物晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅熔点高、硬度大熔点高、硬度大硬度小、电的良导体硬度小、电的良导体灰黑灰黑【知识梳理】一、碳、硅比较一、碳、硅比较碳碳硅硅用途用途_用作切割刀具，用作切割刀具，_用作电极、铅笔芯用作电极、铅笔芯_材料和合材料和合金材料

2、金材料与非金属与非金属单质反应单质反应与与O2反应：反应：_与与O2、F2反应：反应：_与氧化与氧化物反应物反应与与CuO、SiO2反应：反应：_金刚石金刚石石墨石墨半导体半导体碳碳硅硅与酸反应与酸反应与浓与浓H2SO4、浓、浓HNO3反应：反应：与氢氟酸反应：与氢氟酸反应：【要点深化要点深化】碳、硅的特性碳、硅的特性一般规律一般规律碳、硅的特性碳、硅的特性非金属单质一般熔点低、硬度小非金属单质一般熔点低、硬度小金刚石、晶体硅熔点高、硬度大金刚石、晶体硅熔点高、硬度大非金属单质一般为绝缘体非金属单质一般为绝缘体硅为半导体，常用于电子部件；石墨为硅为半导体，常用于电子部件；石墨为电的良导体电的良

3、导体非金属一般不与强碱反应非金属一般不与强碱反应Si2NaOHH2ONa2SiO32H2非金属一般不与非氧化性酸反应非金属一般不与非氧化性酸反应Si4HFSiF42H2硅还原性大于碳硅还原性大于碳一般情况下，较活泼金属能置换酸一般情况下，较活泼金属能置换酸或水中的氢，而大多数非金属不能或水中的氢，而大多数非金属不能Si4HF=SiF42H2例例1 1硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是的是()A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应：反应：S

4、i2NaOHH2ONa2SiO32H2中，中，Si为还为还原剂，原剂，NaOH和和H2O为氧化剂为氧化剂D盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅【典例精析】【典例精析】A我国科学家在纳米材料研究领域位于世界前列。我国科学家在纳米材料研究领域位于世界前列。不久前我国科学家成功研制出了不久前我国科学家成功研制出了3 mm长的管状定向碳纳长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度大、米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度大、密度小、熔点高、化学稳定性好等特点，因而被称为密度小、熔点高、化学稳定性好等特点，因而被称为

5、“超超级纤维级纤维”。下列对此碳纳米管的说法中不正确的是。下列对此碳纳米管的说法中不正确的是()A它是制造飞机的理想材料它是制造飞机的理想材料 B它与石墨互为同素异形体它与石墨互为同素异形体 C这种碳纳米管中含有非极性共价键这种碳纳米管中含有非极性共价键 D碳纤维复合材料为一种高分子化合物碳纤维复合材料为一种高分子化合物D 探究点二碳、硅的氧化物探究点二碳、硅的氧化物【知识梳理】1SiO2的存在及用途的存在及用途 (1)存在：存在：SiO2广泛存在于自然界中，如硅石、石英、水晶、广泛存在于自然界中，如硅石、石英、水晶、玛瑙。玛瑙。它们的关系为：它们的关系为：(2)用途：光导纤维的主要成分是用途

6、：光导纤维的主要成分是_，石英可制作石英，石英可制作石英玻璃和石英钟。玻璃和石英钟。2CO2和和SiO2的比较的比较物质物质二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅结构特点结构特点由由CO2分子构成分子构成由硅、氧原子构由硅、氧原子构成的网状结构成的网状结构物理物理性质性质熔沸点熔沸点溶解性溶解性可溶可溶不溶不溶二氧化硅二氧化硅低低高高化化学学性性质质物质物质二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅与水反应与水反应CO2H2O =H2CO3不反应不反应与酸反应与酸反应不反应不反应SiO24HF_与碱反应与碱反应(如如NaOH)CO22NaOH=Na2CO3H2O或或_(盛碱液的试剂瓶不能用盛碱液的试剂瓶不能用

7、_塞塞)与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应与与Na2O反应：反应：_与与CaO反应：反应：_与盐反应与盐反应(如如Na2CO3)SiO2Na2CO3=Na2SiO3CO2SiF42H2O玻璃玻璃CO2NaOH=NaHCO3CO2Na2O=Na2CO3Na2CO3CO2H2O2NaHCO3SiO22NaOH=Na2SiO3H2O【要点深化要点深化】SiO2的特性的特性通常情况通常情况二氧化硅的特性二氧化硅的特性碱性氧化物酸碱性氧化物酸=盐水盐水SiO2是酸性氧化物，却能与是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O较强酸较弱酸盐较强酸较弱酸盐=较弱酸较弱酸较

8、强酸盐较强酸盐(水溶液中水溶液中)酸性：酸性：H2CO3H2SiO3，却，却能发生如下反应：能发生如下反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2例例2 2下列表述正确的是下列表述正确的是()人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅是二氧化硅 化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，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玛瑙的主要成分是硅酸盐 三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料 夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃夏天到了，游客佩戴由添

9、加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛制作的变色眼镜来保护眼睛 太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能节能 A B C D【典例精析】【典例精析】D 探究点三硅酸探究点三硅酸 硅酸盐硅酸盐 【知识梳理】1硅酸硅酸(1)物理性质：物理性质：_溶于水。溶于水。(2)化学性质化学性质弱酸性弱酸性(比碳酸还弱比碳酸还弱)与与NaOH溶液反应的化学方程式：溶液反应的化学方程式：_。向向Na2SiO3溶液中通入溶液中通入CO2的化学方程式：的化学方程式：_。不不2NaOHH2SiO3=Na2SiO32H2ONa2SiO3CO2H2O=H2

10、SiO3Na2CO3 不稳定性不稳定性 硅酸受热分解的化学方程式：硅酸受热分解的化学方程式：_。(3)用途：硅胶可用作干燥剂，也可以用作催化剂的载体等。用途：硅胶可用作干燥剂，也可以用作催化剂的载体等。2硅酸盐硅酸盐 (1)硅酸盐硅酸盐 由由_元素组成的化合物的总称，是构成地元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠硅酸钠 硅酸钠水溶液俗称硅酸钠水溶液俗称_，是无色黏稠液体，常用于制，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料等。备黏合剂、防腐剂、耐火材料等。硅、氧和金属硅、氧和金属水玻璃水玻璃 (3)硅酸盐组成的表示硅酸盐组成的表示 通常用二氧化

11、硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为可表示为Na2OSiO2，石棉，石棉(CaMg3Si4O12)表示表示为为_。3常见硅酸盐材料常见硅酸盐材料产品产品水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷设备设备水泥回转窑水泥回转窑玻璃窑玻璃窑陶瓷窑陶瓷窑原料原料黏土黏土CaO3MgO4SiO2石灰石、黏土石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英金刚砂金刚砂 4.特殊功能的含硅材料特殊功能的含硅材料 (1)SiC(俗称俗称_)具有金刚石结构，硬度大，可具有金刚石结构，硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。用作砂纸、砂轮

12、的磨料。(2)含硅含硅4%的硅钢具有很高的导磁性，可用作变压器的铁的硅钢具有很高的导磁性，可用作变压器的铁芯。芯。(3)硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。例例3 3矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中一部矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用时的作用时的过程。例如，长石过程。例如，长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为此反应的离子方程式为2KAlSi3O82H2CO35H2O2K2HCO4H2SiO3

13、Al2Si2O5(OH)4。(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：KAlSi3O8_。Al2Si2O5(OH)4_。(2)这个反应能够发生的原因是这个反应能够发生的原因是_。【典例精析】【典例精析】碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O 2011泰州模拟泰州模拟(1)光导纤维的使用，让人们的生活光导纤维的使用，让人们的生活更加丰富多彩，更加丰富多彩，_(填化学式填化学式)是制备光导纤维的基本原是制备光导纤维的基本原料。料。(2)硅燃烧放出大量热量，硅燃烧放出大

14、量热量，“硅能源硅能源”有望成为二十一世纪的新有望成为二十一世纪的新能源。与能源。与“氢能源氢能源”比较，比较，“硅能源硅能源”具有具有_等更加优越的特点，从而得到全球等更加优越的特点，从而得到全球的关注和期待。的关注和期待。(3)三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。三硅因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。三硅酸镁晶体化学式为：酸镁晶体化学式为：Mg2Si3O8nH2O。写出该药物中和胃酸的。写出该药物中和胃酸的化学方程式化学方程式_。SiO2来源丰富，易贮存、运输来源丰富，易贮存、运输Mg2Si3O8nH2O4HCl=2MgCl23SiO2(n2)H2O