资源简介

(共51张PPT)
[学习目标]
1.了解硅及其重要化合物的主要性质及应用,认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.了解无机非金属材料的生产及主要性能。
3.结合实例认识硅及其化合物性质的多样性,了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化。
1.硅元素的存在
自然界中硅元素仅有______,在地壳中含量仅次于___,主要以______和______的形式存在。
2.硅单质
(1)物理性质
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,其结构类似于金刚石,熔点很高、硬度大,导电能力介于导体和绝缘体之间,是良好的________材料。
(2)化学性质
常温下不活泼,一般不与其他物质反应,但可以与氟、氢氟酸、碱反应,在加热的条件下可以与氧气、氯气等反应。
化合态
氧
氧化物
硅酸盐
半导体
[示例]写出下列反应的化学方程式
①与F2反应:_____________;
②与HF反应:____________________;
③与NaOH反应:______________________________。
(3)用途
①良好的半导体材料;
②硅太阳能电池;
③计算机芯片。
Si+2F2=== SiF4
Si+4HF=== SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O=== Na2SiO3+2H2↑
3.二氧化硅
高
大
Na2SiO3+H2O
CaSiO3
Na2SiO3+CO2↑
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
光导纤维
4.硅酸、硅酸盐
(1)硅酸
弱
H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓+2NaCl
(2)硅酸盐——硅酸钠
①性质
硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称水玻璃,有黏性,水溶液显碱性。写出下列反应的离子方程式:
与盐酸反应:____________________。
与CO2水溶液反应:_____________________________________。
②用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。
[正误辨析]　正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)太阳能电池可以采用硅材料制作。( )
(2)SiO2是制作半导体的材料,Si是制作光纤的材料。( )
(3)NaOH溶液、Na2CO3溶液不能用玻璃瓶盛放。( )
(4)SiO2属于两性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应,也能与氢氟酸反应。( )
√
×
×
×
√
B
解析　SiO2可用于制造光导纤维的原因是其导光性能好,与硬度无对应关系,A错误;CaCO3高温分解生成CaO,CaO与SiO2在高温时反应生成CaSiO3,B正确;硅太阳能电池工作时,利用半导体的光电效应,将光能转化为电能,与氧化还原反应无关,C错误;SiO2不能与盐酸反应,D错误。
A
解析　步骤①的化学方程式正确,但硅的还原性比碳强,因此“金属性:碳>硅”的结论错误,A错误;步骤①中Si的化合价从+4降为0,每生成1mol Si转移4 mol电子,B正确;步骤③中Si的化合价从+2变为0,发生还原反应,属于氧化还原反应,C正确;高纯硅用于太阳能电池,二氧化硅用于光导纤维,描述正确,D正确;故选A。
3.水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域,是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2:65%~70%、C:30%~35%)制取水玻璃的工艺流程:

下列说法正确的是(　　)
A.原材料稻壳灰价格低廉,且副产品活性炭有较高的经济价值
B.操作A与操作B完全相同
C.该流程中硅元素的化合价发生改变
D.反应器中发生的反应为氧化还原反应
A
解析　操作A为过滤,操作B为蒸发浓缩,是两种不同的操作,B错误;二氧化硅和硅酸钠中硅元素的化合价均是+4价,所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变,C错误;反应器中发生的反应为SiO2+2NaOH=== Na2SiO3+H2O,此反应不属于氧化还原反应,D错误。
1
硅及其化合物的“特性”
①一般情况下,非金属单质为绝缘体,但石墨为导体、硅为半导体。
②非金属单质一般不与酸反应,但Si既能与NaOH溶液反应又能与HF反应:Si+4HF=== SiF4↑+2H2↑。
③SiO2既能与酸(HF)反应,又能与碱(NaOH)反应,但SiO2不是两性氧化物,SiO2属于酸性氧化物。
④SiO2能与氢氟酸反应,故不能用玻璃容器盛放氢氟酸,可以用氢氟酸刻蚀玻璃。
⑤SiO2是H2SiO3的酸酐,但SiO2不与水反应,不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。
[归纳总结]
1.传统无机非金属材料
(1)传统的无机非金属材料
水泥 玻璃 陶瓷
主要
成分 硅酸盐 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 含水的铝硅酸盐
生产
原料 石灰石和黏土 纯碱、石灰石和石英砂 黏土
主要
设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑
2.新型无机非金属材料
(1)以___为主体的硅芯片、硅太阳能电池。
(2)以_________为主体的光导纤维。
(3)新型陶瓷
①碳化硅(SiC)俗称金刚砂,硬度很大,可用作砂纸和砂轮的磨料,SiC还具有优异的高抗氧化性能。
②其他:如Si3N4、氧化铝等。
硅
二氧化硅
(4)碳纳米材料
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物:C60开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳
米管 由石墨片层卷成的管状物,其有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、电池和传感器
石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料
[正误辨析]　正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品。( )
(2)沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。( )
(3)瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱。( )
(4)碳化硅俗称金刚砂,它可用于高温结构陶瓷的制作。( )
(5)传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。( )
×
×
×
√
×
1.近年来,我国取得了很多令人瞩目的科技成果,化学材料在科技成果中应用广泛。下列涉及的材料不属于新型无机非金属材料的是(　　)
A.星地量子通信使用的光纤材料
B.华为自主研发的麒麟芯片
C.随云海三号02星发射的抗辐射铝钽金属复合材料
D.力箭一号T700的碳纤维材料壳体
解析　光纤材料主要成分为二氧化硅,属于新型无机非金属材料,A不符合题意;麒麟芯片主要成分为硅,属于新型无机非金属材料,B不符合题意;铝钽金属复合材料是金属材料,不属于新型无机非金属材料,C符合题意;碳纤维属于新型无机非金属材料,D不符合题意;故选C。
C
2.(2026·长沙市长郡中学入学测试)下列有关材料的说法,错误的是(　　)
A.手机芯片的主要成分是硅单质
B.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,氮化硅具有耐高温、耐磨等特点,是良好的高温结构材料
C.普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3,SiO2,制造水泥的主要原料是石灰石、黏土和二氧化硅
D.北京冬奥会展示的智能服饰含有石墨烯,石墨烯与金刚石互为同素异形体
C
解析　芯片以高纯的硅单质为主要原料制成,A正确;氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,具有耐高温、耐磨等特性,B正确;普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,但制造水泥的原料应为石灰石和黏土,而非额外添加二氧化硅,C错误;石墨烯与金刚石均由碳元素组成,两者结构不同,互为同素异形体,D正确;故答案为C。
1.下列说法正确的是(　　)
A.(2025·陕晋青宁卷T3A)单晶硅熔点高,可用于制造芯片
B.(2025·浙江6月选考T5C)SiO2熔点高,可用于生产光导纤维
C.(2025·湖北卷T7D改编)石墨作为润滑剂的原因是石墨层间靠范德华力维系
D.(2025·全国卷T1C)碳化硅抗氧化且耐高温,可用作固体电解质
解析　单晶硅具有优良的半导体特性,可用于制造芯片,A项错误;SiO2具有折光率、透明性好等优良的光学性质,可用于生产光导纤维,B项错误;石墨是层状结构,层与层之间靠范德华力维系,范德华力较弱,导致层与层之间容易滑动,故石墨可作润滑剂,C项正确;碳化硅是共价晶体,不导电,不能用作固体电解质,D项错误。
C
B
B
[夯基固本练]
C
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1.(2025·白银市二模)下列文物不属于传统无机非金属材料的是(　　)
解析　皇后玉玺通常由玉石制成,玉石主要成分为硅酸盐类矿物,属于传统无机非金属材料,A不符合题意;青瓷属于陶瓷,陶瓷是典型的传统无机非金属材料,B不符合题意;四羊青铜方尊的材料为青铜,青铜是铜锡合金,属于金属材料,而非传统无机非金属材料,C符合题意;击鼓陶俑为陶器,陶器属于陶瓷范畴,是传统无机非金属材料,D不符合题意;故选C。
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2.(2025·长沙市雅礼中学期末)下列说法正确的是(　　)
A.瓷器的主要原料黏土的化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O,它是一种氧化物
B.陶瓷属于无机非金属材料
C.玻璃的成分都是硅酸盐
D.机器人表演的控制芯片的主要成分为二氧化硅
解析　黏土的化学式虽正确,但它含有Al、Si、O、H四种元素,属于硅酸盐而非单一氧化物,A错误;陶瓷是传统无机非金属材料,B正确;玻璃中的SiO2不是盐类物质,C错误;芯片主要成分是硅单质,而非二氧化硅,D错误;故选B。
B
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A
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解析　SiO2不溶于水,不与水反应,A符合题意;SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3,B不符合题意;H2SiO3可以与NaOH反应生成Na2SiO3,C不符合题意;Na2SiO3溶液与CO2反应生成H2SiO3,D不符合题意。
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4.(2025·武汉市联考)人工智能产业发展离不开芯片、传感器、开发平台等核心基础的支撑。下列说法错误的是(　　)
A.晶体硅为共价晶体
B.芯片材料主要为晶体硅
C.高温下,SiHCl3与H2反应可制得高纯硅
D.晶体硅中的Si和金刚石中的C的杂化方式不相同
解析　晶体硅由硅原子通过共价键形成三维网状结构,属于共价晶体,A正确;芯片的核心材料是晶体硅,因其具有优良的半导体性能,B正确;高温下H2还原SiHCl3生成Si和HCl,工业上利用此反应制备高纯硅,C正确;晶体硅中的Si和金刚石中的C均为sp3杂化,形成正四面体结构,杂化方式相同,D错误;答案选D。
D
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5.(2026·黑龙江省龙东联盟开学测试)硅及其化合物在现代科技中有重要应用。下列说法正确的是(　　)
A.高纯硅可用于制造光导纤维,是“信息高速公路”的基石
B.二氧化硅是酸性氧化物,能与水反应生成硅酸
C.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学性质稳定,硬度大
D.普通玻璃以纯碱、石灰石、黏土为原料,经过复杂的反应制得
解析　高纯硅用于制造半导体材料,光导纤维的原料是二氧化硅,A错误;二氧化硅是酸性氧化物,但不与水反应,无法直接生成硅酸,B错误;氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,具有化学性质稳定、硬度大的特性,C正确;普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英,而非黏土,D错误;故答案为C。
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C
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D
解析　CO为氧化产物,A错误;CO为不成盐氧化物,B错误;C的氧化性大于Si,C错误;由于硅和二氧化硅都是共价晶体,熔点都比较高硬度也都较大,D正确。
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[能力技能练]
7.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料, 它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备:
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下列说法正确的是(　　)
A.步骤①中X是CO2
B.二氧化硅是酸性氧化物,能与水反应生成硅酸
C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3易水解, 遇水可生成H2
D
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8.实验室用H2还原SiHCl3(沸点:31.85 ℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去),下列说法正确的是(　　)
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C
A.装置Ⅱ中盛装的是浓硫酸,装置Ⅲ烧杯中盛装的是冰水
B.实验时,应先加热管式炉,再打开活塞K
C.为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质,需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D.该实验中制备氢气的装置也可用于稀氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备NH3
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[素养提升练]
9.(2025·成都市石室中学期中)氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料,它的熔点高,硬度大,电绝缘性好,常温下化学性质稳定,但生产成本较高。不溶于酸(氢氟酸除外)。高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及氧化物)和N2(含少量O2)合成氮化硅的工艺流程如下:
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(1)硅在周期表中的位置是　　　　　　　。
(2)N2的电子式为:　　　　　　　;N2净化时,铜屑的作用是　 。
(3)X可能是　　　(选填:“盐酸”“硝酸”“硫酸”“氢氟酸”)。
(4)推测氮化硅可能有哪些用途:　　(填字母)
a.制作切削刀具 b.制作坩埚
c.用作建筑陶瓷 d.制作耐高温轴承
(5)工业上还可以采用化学气相沉积法,在H2的环境中,使SiCl4与N2在高温下反应生成Si3N4沉积在石墨表面,该反应的化学方程式为______________________________。
(6)工业上用焦炭还原石英砂可制得含少量杂质的粗硅,其化学方程式为:
_____________________。
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第3周期ⅣA族
︰N N︰
除去氮气中的氧气
硝酸
abd
解析　(1)硅为14号元素,位于周期表中第三周期第ⅣA族。(2)N为7号元素,最外层电子数为5,氮原子之间通过三键结合,所以N2的电子式为︰N N︰;铜能与氧气反应,可以除去氮气中少量的氧气,所以N2净化时,铜屑的作用是除去氮气中的氧气。(3)由分析可知,该方法制取的氮化硅中混有少量少量铁、铜的单质及氧化物,稀硫酸和稀盐酸不与铜反应,可以用硝酸酸洗除去全部杂质,且不损耗氮化硅,所以X可能是硝酸。(4)氮化硅硬度大、熔点高,可以用来制作坩埚;硬度大,可以用作新型结构陶瓷,但成本高,一般不用作建筑陶瓷;熔点高、化学性质稳定,可制作耐高温轴承、切削刀具等,a、b、d均正确。(5)四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下,加强热发生反应,可得较高纯
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10.(2025·白银市第八中学二模)12 钨硅酸{H4[SiW12O40],Mr=2 880}是一种环境友好型催化剂,可采用下列实验装置和实验步骤制备少量12 钨硅酸。
已知:①乙醚沸点为34.6 ℃,密度小于水,有毒,微溶于水;
②强酸条件下,H4[SiW12O40]与乙醚形成密度大于水且难溶于水的油状醚合物。
【实验装置】
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【实验步骤】
ⅰ.称取13.20 g Na2WO4·2H2O(Mr=330)于三颈烧瓶中,加入20 mL蒸馏水溶解,启动磁力加热搅拌器,使温度保持在60 ℃左右。
ⅱ.用10 mL温度为60 ℃的蒸馏水溶解0.60 g Na2SiO3(过量),将溶液转移至恒压漏斗,逐滴滴入三颈烧瓶中至全部滴完。
ⅲ.再向恒压漏斗中加入10 mL浓盐酸,先用10 min向三颈烧瓶逐滴滴入2 mL浓盐酸,再用15 min滴入剩余的浓盐酸,搅拌反应液30 min。
ⅳ.将全部反应混合液转移至分液漏斗中,加入乙醚,再分多次加入浓盐酸,充分振荡,萃取,静置;将油状醚合物转移至蒸发皿,加少量水,水浴蒸发至溶液表面有晶膜出现,冷却结晶、抽滤、洗涤、干燥,得纯净产品7.44 g。
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回答下列问题:
(1)仪器X的名称是　　　　　　;相对于仪器 ,该实验中使用仪器X的优点是_____________________________________________。
(2)生成H4[SiW12O40]的化学方程式是________________________________________
______________。
(3)“步骤ⅲ”采用较长时间逐滴滴入10 mL浓盐酸,而不是一次性加入,可能原因是______________________________________________________。
球形冷凝管
球形冷凝管与冷凝水的接触面积大,冷却效果更好
26NaCl+11H2O
减少浓盐酸的挥发,提高原料利用率或防止产生某些副反应等
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(4)“步骤ⅳ”加入乙醚、浓盐酸萃取静置后,油状醚合物从分液漏斗的　　(填“上”或“下”)
口取出;该萃取操作必须在通风条件下进行,原因是___________________________。
(5)盛放Na2SiO3溶液的恒压漏斗在使用后应用蒸馏水对活塞及恒压漏斗进行多次洗涤。目的是___________________________________________________________________
_______________________________。
下
防止实验者被HCl、乙醚毒害
Na2SiO3溶液常用作玻璃黏合剂,可使玻璃活塞发生粘连而不能旋转,故须用蒸
馏水洗涤恒压漏斗活塞及恒压漏斗
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挥发,故采用较长时间逐滴滴入浓盐酸以减少浓盐酸的挥发,提高原料利用率;一次性加入浓盐酸也可能会引发某些副反应,所以“步骤ⅲ”采用较长时间逐滴滴入10 mL浓盐酸。(4)H4[SiW12O40]与乙醚形成的油状醚合物密度大于水且难溶于水,萃取静置后,油状醚合物从分液漏斗下口放出。“步骤ⅳ”萃取操作涉及易挥发的浓盐酸、乙醚,且HCl、乙醚有毒,该操作必须在通风条件下进行,防止实验者被毒害。(5)Na2SiO3溶液常用作玻璃黏合剂,可使玻璃活塞发生粘连而无法打开,所以盛放Na2SiO3溶液的恒压漏斗在使用后应用蒸馏水对活塞及恒压漏斗进行多次洗涤。

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