二氧化硅與信息材料

1、第三單元　含硅礦物與信息材料,第二課時(shí)　二氧化硅與信息材料,1．了解二氧化硅、硅的主要性質(zhì)。2．了解二氧化硅、硅的重要用途，體會(huì)化學(xué)知識(shí)的創(chuàng)造性和實(shí)用性。,一、二氧化硅1．物理性質(zhì)和用途二氧化硅是一種熔沸點(diǎn) ，硬度 的氧化物，除可用于制作 外，還可用于制造 。2．化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)

2、不活潑，不與水、酸( 除外)發(fā)生反應(yīng)，能耐高溫、耐腐蝕。,很高,光學(xué)鏡片,石英坩堝,光導(dǎo)纖維,氫氟酸,很大,(1)酸性氧化物的通性SiO2是酸性氧化物，能與 和 反應(yīng)。①與堿反應(yīng)在常溫下，SiO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，生成 。例如，SiO2與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：

3、 。②與堿性氧化物反應(yīng)在高溫下，SiO2能與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽。如SiO2與CaO反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。(2)在高溫下，SiO2還能與Na2CO3、CaCO3等反應(yīng)?；瘜W(xué)方程式分別為：

4、 ； 。,堿性氧化物,強(qiáng)堿,硅酸鈉,SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O,SiO2＋CaO CaSiO3,SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑,Si

5、O2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑,高溫,高溫,高溫,(3)弱氧化性在高溫下，SiO2還能被焦炭還原，反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。(4)與氫氟酸反應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。,SiO2＋2C

6、 Si＋2CO↑,SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O,高溫,保存NaOH溶液時(shí)能使用玻璃塞嗎？為什么？ 【提示】　不能。因NaOH會(huì)與玻璃塞磨口處的SiO2反應(yīng)，生成的 Na2SiO3溶液會(huì)使瓶塞與瓶壁粘連在一起。,二、硅單質(zhì)1．物理性質(zhì)和用途硅晶體的熔、沸點(diǎn)都 ，硬度 。其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是重要的

7、 ，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。,很高,很大,半導(dǎo)體材料,2．化學(xué)性質(zhì)(1)在常溫下，單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，除氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿外，硅不跟其他物質(zhì)反應(yīng)。①與氟氣反應(yīng)： 。②與氫氟酸的反應(yīng)： 。③與氫氧化鈉溶液反應(yīng)：

8、 。(2)加熱時(shí)，硅能與氧氣、氯氣等反應(yīng)，也能與碳反應(yīng)。①與O2反應(yīng)： ；②與Cl2反應(yīng)： ；③與C反應(yīng)：

9、 。,Si＋2F2===SiF4,Si＋4HF===SiF4↑＋2H2 ↑,Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑,Si＋O2 SiO2,Si＋2Cl2 SiCl4,Si＋C SiC,高溫,,,3．制備硅單質(zhì)是由其 制得的，主要分為兩個(gè)階段：(1)粗硅的制?。?/p>

10、化學(xué)方程式為： 。(2)粗硅轉(zhuǎn)變?yōu)榧児琚俅止枧cCl2反應(yīng)： ；②用H2還原SiCl4得到純硅： 。,氧化物,SiO2＋2C

11、 Si＋2CO,Si＋2Cl2 SiCl4,2H2＋SiCl4 Si＋4HF,高溫,,,一、二氧化硅,二氧化硅的結(jié)構(gòu)怎樣？[師生互動(dòng)]【提示】,二氧化硅的結(jié)構(gòu)：在SiO2晶體中，每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子相連(見右圖)，形成四面體結(jié)構(gòu)，Si原子位于四面體的中心，O原子位于四面體的4個(gè)頂點(diǎn)。同時(shí)，每個(gè)O原子

12、與2個(gè)Si原子相連，每個(gè)O原子為兩個(gè)四面體所共有，每個(gè)四面體都占有1個(gè)Si原子、4× =2個(gè)O原子，所以，SiO2晶體是Si原子和O原子按1∶2的比例構(gòu)成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在單個(gè)的SiO2分子。,實(shí)驗(yàn)室使用的石英坩堝或瓷坩堝能否用來加熱堿性物質(zhì)？為什么？[學(xué)生交流]【提示】　不能。石英坩堝和瓷坩堝的成分含SiO2，能與堿性物質(zhì)反應(yīng)，因此不能用來加熱堿性物質(zhì)。,氫氟酸為什么可以用來雕刻玻璃，制造藝術(shù)品？[

13、學(xué)生交流]【提示】　因玻璃成分中含SiO2，氫氟酸與SiO2反應(yīng)，化學(xué)方程式為：SiO2＋4HF===SiF4↑＋H2O。,二氧化硅中硅元素的化合價(jià)為＋4價(jià)，這是硅元素的最高正化合價(jià)，因此具有一定的氧化性。試分析下列反應(yīng)中各物質(zhì)的氧化性和還原性。SiO2＋2C Si＋2CO↑[師生互動(dòng)]【提示】　在反應(yīng)SiO2＋2C Si＋2CO↑中，SiO2是氧化劑，表現(xiàn)氧化性，C為還原劑

14、，表現(xiàn)還原性，根據(jù)氧化性、還原性強(qiáng)弱判斷方法知還原性：C＞Si。而事實(shí)上硅的還原性比碳強(qiáng)，這是因?yàn)樵诟邷貤l件下反應(yīng)生成了氣態(tài)的CO，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，所以高溫下硅單質(zhì)可以用碳來制取。,高溫,高溫,下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　)A．CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子組成的【解析】　雖

15、然SiO2是H2SiO3的酸酐，但CO2可溶于水生成H2CO3，但SiO2卻不能溶于水生成H2SiO3，B錯(cuò)誤；SiO2與CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正確，C錯(cuò)誤；CO2是由CO2分子構(gòu)成的，而SiO2則是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，SiO2中不存在分子，D錯(cuò)誤。【答案】　A,1.下列關(guān)于二氧化硅的說法中正確的是(　　)A．二氧化硅分子由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成B．在二氧化硅晶體中，每個(gè)硅原子周圍結(jié)合4個(gè)氧原子C．二氧化硅可

16、用來制作干燥劑D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸【解析】　SiO2晶體中不存在單個(gè)分子，其結(jié)構(gòu)中每個(gè)硅原子周圍結(jié)合4個(gè)氧原子，每個(gè)氧原子周圍結(jié)合2個(gè)硅原子，所以硅原子與氧原子的個(gè)數(shù)比為1∶2，化學(xué)式寫作SiO2，故A錯(cuò)誤，B正確；硅酸在一定條件下制得硅膠，硅膠可用作干燥劑，C項(xiàng)錯(cuò)。SiO2是酸性氧化物，但常溫下可與氫氟酸反應(yīng)，D錯(cuò)誤。【答案】　B,二、單質(zhì)硅及其制備,在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，加熱時(shí)可以與一些非金屬及其他

17、物質(zhì)反應(yīng)。下列物質(zhì)在一定條件下能與硅單質(zhì)反應(yīng)的有________________。①F2?、贖F?、跱aOH　④O2?、軨l2　⑥C?、逤O?、郈aO[師生互動(dòng)]【提示】　①②③④⑤⑥,截止到目前為止，你知道能與NaOH溶液反應(yīng)的單質(zhì)是什么嗎？寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。[學(xué)生交流]【提示】　金屬Al和非金屬Si。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

18、,如何利用硅的氧化物制備晶體硅？簡要書寫流程及化學(xué)方程式。[學(xué)生交流]【提示】　分為兩個(gè)階段：,晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；②粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；③SiHCl3與過量H2在1 000～1 100 ℃下反應(yīng)制得純硅。已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請(qǐng)回答下列問題：(1)第①步制備粗硅的化學(xué)

19、反應(yīng)方程式為________________________________。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7 ℃)，提純SiHCl3采用的方法為____ 。,(3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下圖所示(熱源及夾持裝置略去)：,①裝置B中的試劑是__________

20、__________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是________________________。②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是______________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是______________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。,③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)

21、溫度以及________________________________________________________________________。④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號(hào))是________。a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液　e．Na2SO3溶液,【解析】　由于SiHCl3極易自燃、極易和水反應(yīng)，因此用一般的化學(xué)方法難以提純，又由于S

22、iHCl3的沸點(diǎn)和所含雜質(zhì)的沸點(diǎn)相差較大，故可以采用分餾(或蒸餾)的方法。由(3)中實(shí)驗(yàn)裝置圖可以看出A為制取氫氣的裝置，B為干燥氫氣的裝置。由SiHCl3的沸點(diǎn)可知其在常溫下為液態(tài)，對(duì)C裝置加熱可以使其汽化，以保證它和氫氣充分接觸并進(jìn)入D中，在較高溫度下反應(yīng)得到單質(zhì)硅。由于是對(duì)微量鐵單質(zhì)的檢驗(yàn)，三價(jià)鐵離子遇KSCN溶液變色最為靈敏，所以應(yīng)把鐵轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鐵離子。,【答案】　(1)SiO2＋2C Si＋2CO

23、↑(2)分餾(或蒸餾)(3)①濃H2SO4　使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②有固體物質(zhì)生成　在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會(huì)軟化SiHCl3＋H2 Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣和水蒸氣④bd,高溫,2.(2009年南通調(diào)研考試)從石英砂制取硅并獲得高純硅的主要化學(xué)反應(yīng)如下：①SiO2＋2C Si(粗)＋

24、2CO↑②Si(粗)＋2Cl2 SiCl4③SiCl4＋2H2 Si(純)＋4HCl關(guān)于上述反應(yīng)的分析不正確的是(　　)A．①③是置換反應(yīng)，②是化合反應(yīng)B．高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強(qiáng)于硅C．①②③任一反應(yīng)中，每消耗或生成28 g硅，均轉(zhuǎn)移4 mol電子D．高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合可得高純硅,高溫,高溫

25、,加熱,【解析】　選項(xiàng)A，根據(jù)置換反應(yīng)和化合反應(yīng)的概念即可判斷；選項(xiàng)B，根據(jù)反應(yīng)①可知焦炭的還原性大于硅，根據(jù)反應(yīng)③可知?dú)錃獾倪€原性大于硅；選項(xiàng)C，在三個(gè)反應(yīng)中，硅元素的化合價(jià)從0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)或從＋4價(jià)變?yōu)?價(jià)，故每消耗或生成28 g硅，轉(zhuǎn)移電子均為4 mol；選項(xiàng)D，將反應(yīng)中得到的易揮發(fā)的SiCl4分離出來后，再用氫氣還原才可以得到高純硅，故原操作不正確。【答案】　 D,SiO2與CO2的比較,高溫,高溫,高溫,高溫,高溫,雖然Si

26、O2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，但SiO2卻不屬于兩性氧化物而屬于酸性氧化物。,A．Al、Cu、Mg、Si、Mn B．Al、Mg、Si、ZnC．Al、Fe、C、Cu D．Al、Si、Zn、Na【解析】　硬鋁外觀為古銅色，所以其成分中含有銅；根據(jù)圖示，硬鋁樣品用鹽酸處理后，再用NaOH溶液處理，仍然有氣體產(chǎn)生，故應(yīng)該含硅。B、C、D項(xiàng)均不符合條件?！敬?/p>

27、案】　A,現(xiàn)代建筑的門框架常用電解加工成的古銅色硬鋁制造。取硬鋁樣品進(jìn)行如圖實(shí)驗(yàn)(每一步所加試劑均過量)，由此可以推知硬鋁的組成為(　　),1．,素有“水晶之鄉(xiāng)”美稱的江蘇東?？h盛產(chǎn)水晶，現(xiàn)存于國家地質(zhì)博物館的水晶大王就出自東?？h。水晶是較純凈的透明的石英晶體，石英的主要成分是SiO2。下列有關(guān)石英的敘述正確的是(　　)A．石英都是無色透明的晶體，可以作裝飾品，也可以制作光學(xué)儀器B．石英可以用來生產(chǎn)玻璃C．石英晶體可以制取金剛砂

28、D．石英不可以用來制取高純硅，可以制光導(dǎo)纖維【解析】　純凈的SiO2晶體水晶是無色的，而其他的石英晶體具有不同的顏色，如瑪瑙。生產(chǎn)玻璃的原料是石英、純堿與石灰石。金剛砂是SiC，可以用SiO2與過量C反應(yīng)制得。石英是光導(dǎo)纖維的材料，可以通過石英與碳得到單質(zhì)Si，然后再與Cl2反應(yīng)生成SiCl4，SiCl4與H2反應(yīng)得到純凈的Si。【答案】　BC,2．,A、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示，A為地殼中含

29、量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。,3．,請(qǐng)?zhí)羁眨?1)形成單質(zhì)A的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為__________，它的最高化合價(jià)為________。(2)B的化學(xué)式(分子式)為________，B的晶體類型為________，B和碳反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式是_________________。(3)C的化學(xué)式(分子式)為________，D的化學(xué)式(分子式)為________。,【解析】　根據(jù)題意A為地殼中含量僅次