2019-2020年高中化學（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(備課資料).doc

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2019-2020年高中化學（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(備課資料) 1.硅及其化合物的特殊性 （1）硅的還原性比碳強，而碳在高溫下能從SiO2中還原出Si。 （2）非金屬單質(zhì)與強堿溶液反應一般不生成氫氣，而硅與氫氧化鈉等強堿溶液反應產(chǎn)生氫氣。 （3）非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應，而硅不但與氫氟酸反應，而且有氫氣生成。 （4）酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復分解反應，而二氧化硅卻能與氫氟酸反應，生成四氟化硅和水。 （5）無機酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸卻難溶于水。 （6）在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸強，二氧化碳與硅酸鈉及反應生成碳酸鈉和硅酸沉淀。在高溫下碳酸鈉與二氧化硅反應生成硅酸鈉和二氧化碳，其原因是在高溫條件下，生成的二氧化碳離開反應體系而使反應進行到底。 2.浸過硅酸鈉溶液的織物為什么不易燃燒？ 把織物浸過硅酸鈉溶液后，硅酸鈉粒子就沉積在纖維的外面，形成一種保護層，把易燃的碳、氫、氧組成的纖維素和空氣隔開，火焰也不能直接接觸它，用火去點時就不再燃燒。當然，這主要是由于硅酸鈉的耐熱性高的緣故。 3.半導體材料的用途 物質(zhì)的電阻率介于導體和絕緣體之間（電阻率在10－3~108歐姆厘米之間）時，為半導體。 半導體材料可以制造出具有各種功能的半導體器件來取代真空管用來整流、檢波、放大，并有縮小電子設備體積，減輕重量、延長壽命、耐沖擊、效率高和可靠性好等優(yōu)點。用半導體材料制成的集成電路還可以將成千上萬個分立的晶體管、電阻、電容等電子元件融為一體，使上述優(yōu)點得到進一步發(fā)揮。廣泛應用于通訊、電訊、電子計算機中。另外，超純硅對紅外光有很高的透過能力，可以用以制作紅外聚焦透鏡，對紅外輻射目標進行夜間跟蹤、照像、追擊。利用半導體的導電能力隨溫度的升高或光線的照射而有顯著的增大的特性，可以做成自動控制用的熱敏元件（如熱敏電阻等）和光敏元件。半導體材料是制作太陽能電池的主要材料。半導體材料還可制成激光二極管，用于激光通訊，測距和空間導航等方面。 4.正二價硅 碳族元素除硅外，主要正價為+2、+4價，硅主要正價為+4價，那么有沒有+2價的硅呢？事實上除了SiO2外，還有SiO。SiO在自然界不存在，但能按下法制備：SiO2+Si====2SiO。SiO在1800℃真空中為黃褐色物質(zhì)。SiO蒸氣冷卻時分解為SiO2和Si。SiO在工業(yè)上稱為單氧硅，是絕緣材料。 5.硅與電子工業(yè)革命 在美國舊金山，有個最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計算機發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要的作用。 以硅為基礎而制成的晶體管是現(xiàn)代計算機革命的心臟。 6.石英和水晶 石英的主要成分是SiO2，可用來制造石英玻璃。石英晶體中有時含有其他元素的化合物，它們以溶解狀態(tài)存在于石英中，呈各種顏色。此外，由于SiO2的結構不同也會使石英產(chǎn)生不同的顏色。 純凈的SiO2晶體叫做水晶，它是六方柱狀的透明晶體，是較貴重的寶石。江蘇省東海縣素有“水晶之鄉(xiāng)”之稱。1958年該縣發(fā)現(xiàn)最大的“水晶王”，質(zhì)量達3.5 t。1983年1月又在該縣南溜村2 m深的地下挖出一塊質(zhì)量為3 t高為1.4 m的水晶，同時出土的還有一塊質(zhì)量為400 kg 的水晶體。 法國科學家皮埃爾居里（Pierre Gurie）發(fā)現(xiàn)水晶在受壓時能產(chǎn)生一定的場，這種現(xiàn)象被稱為“壓電效應”。后來這種“壓電效應”被應用在電子工業(yè)上。石英薄片在高頻率電場作用下，能作間歇性的伸張和收縮，其頻率和施加的電場頻率相同。石英的這種伸縮又引起了周圍介質(zhì)產(chǎn)生類似聲波。由于水晶或石英具有這種性質(zhì)，因此被廣泛應用在鐘表工業(yè)和超聲技術上。 ●綜合能力訓練題 1.在地殼內(nèi)，深度每增加1千米，壓力大約增加25250~30300 kPa，在這樣的壓力下，較簡單的硅酸鹽會轉化為復雜的硅酸鹽。已知：鈣長石、鎂橄欖石、石榴子石的化學式分別是：CaAl2Si2O8；Mg2SiO4；CaMg2Al2Si3O12 （1）用氧化物形式表示的化學式分別為：鈣長石__________，鎂橄欖石__________，石榴子石______。 （2）寫出鈣長石與鎂橄欖石反應轉變成石榴子石的化學方程式：_______________。 解析：用氧化物形式表示硅酸鹽時，把金屬氧化物寫在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序寫出其氧化物，然后寫SiO2，最后寫H2O，且各氧化物之間要用“”隔開。據(jù)金屬活動性順序表知，Ca、Mg、Al的活潑性依次減弱。所以應先寫鈣的氧化物，再寫鎂的氧化物，最后寫鋁的氧化物。 答案：（1）CaOAl2O32SiO2 2MgOSiO2 CaO2MgOAl2O33SiO2 （2）CaAl2SiO8+Mg2SiO4====CaMg2Al2Si3O12 2.礦泉水一般是由巖石風化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。此處所指的風化作用是指礦物與水和CO2同時作用的過程。例如鉀長石（KAlSi3O8）風化生成高嶺土〔Al2Si2O5（OH）4〕，此反應的離子方程式為2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O====2K++2HCO+4H4SiO4+ Al2Si2O5（OH）4，這個反應能夠發(fā)生的原因是______________________。 解析：分析反應前后的酸的酸性強弱，正反映了由較強的酸制取較弱的酸這一普遍規(guī)律。亦即解釋復雜的化學反應發(fā)生的原因應用的是極其簡單的化學原理。 答案：碳酸的酸性比原硅酸強，由較強的酸可制得較弱的酸 3.下列說法正確的是 A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟強堿反應，但不能跟任何酸反應 B.根據(jù)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反應，可推知硅酸酸性比碳酸強 C.二氧化碳氣體通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸 D.二氧化硅對應的水化物有不同的組成 解析：二氧化硅可以跟氫氟酸反應（SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O），所以A不正確；B項反應是在高溫條件下進行的，由于二氧化碳是氣體，生成后脫離反應體系使反應得以繼續(xù)進行，但這不能說明硅酸的酸性比碳酸強。比較硅酸和碳酸的酸性強弱要比較它們在水溶液中電離出H+的難易程度。 C項正確。發(fā)生的反應為： Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3 H4SiO4====H2O+H2SiO3 D項二氧化硅對應的水化物可以是H2SiO3或H4SiO4，正確。 答案：CD 4.已知高溫下能發(fā)生反應：Si+CSiC?，F(xiàn)在石英與炭粉的混合物a mol，在高溫電爐中充分反應，反應完全后得殘留固體。 （1）寫出可能的反應方程式___________________，___________________。 （2）若石英與混合物的物質(zhì)的量之比為x（0＜x＜1），問x為何值時，殘留固體為何種物質(zhì)？寫出殘留固體物質(zhì)的量與x值之間的關系，將結果填入下表（不一定填滿） x值 殘留固體 化學式 物質(zhì)的量 解析：據(jù)所學知識及題給信息，不難寫出可能發(fā)生反應的方程式為SiO2+2CSi+2CO↑① Si+CSiC②針對第（2）題討論，不妨把①②式疊加：SiO2+3CSiC+2CO③討論如下： C、SiC SiC、Si Si、SiO2 ①x=按①式進行，固體為Si， mol； ②x=；按③式進行，固體為SiC， mol； ③＜x＜1;按①式進行，固體為Si為 mol，SiO2為 mol; ④＜x＜;按①②式進行，固體Si為a（4x－1） mol，SiC為a（1－3x） mol； ⑤①＜x＜;按③式進行，固體SiC為ax mol，C為a（1－4x） mol。 答案：（1）SiO2+2CSi+2CO↑ SiO2+3CSiC+2CO↑ （2）x= Si a/3 x=1/4 SiC a/4  1＞x＞ SiO2、Si ， ＞x＞ Si、SiC （4x－1）a，（1－3x）a ＞x＞0 C、SiC （1－4x）a，ax