(超级整合)上课实用必修1第四章《元素与材料世界》知识概要.doc

第四章 元素与材料世界知识概要 第1节 硅 无机非金属材料 考纲定标 热点定位 了解硅单质及其化合物的主要性质及应用； 了解常见无机非金属材料的性质和用途； 以上各部分知识的综合利用。 硅的特性； 硅的单质及其化合物的相互转化； 以新材料背景考查硅及其化合物的性质及用途。 无机非金属材料主要包括陶瓷、玻璃、无机非金属涂层等。这类材料一般耐高温、硬度高、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。 §1 半导体材料与单质硅 半导体材料特指导电能力介于导体与绝缘体之间的一类材料（半导体材料有石墨、锗、硅）。 单质硅的物理性质 单质硅有晶体硅和无定形硅（非晶硅）两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽，硬而脆的固体。单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。 1．硅元素 (1)存在：硅元素在地壳中的含量居第二位，且自然界中没有游离态的硅，常见的化合态的硅有二氧化硅和硅酸盐等。 (2)硅在周期表中的位置： 硅元素位于周期表的第3周期第ⅣA族。 2．硅单质 单质硅有(晶体硅)和[无定形硅(非晶体硅)]两种同素异形体，其晶体结构与金刚石类似。 物理性质： 色泽 硬度 熔沸点 导电性 灰黑色、有金属光泽 大 高 介于导体和绝缘体之间 (2)硅的化学性质 化学性质 与氧反应 Si + O2====SiO2 与氟气反应 Si+2 F2==SiF4↑ 与碳反应 Si+C=====SiC 与酸反应 Si+4HF==SiF4↑+2H2↑注：硅一般不与弱氧化酸反应。 与强碱反应 Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑ 硅的工业制法 SiO2 + 2C====Si + 2CO↑ 制得粗硅 Si + 2Cl2====SiCl4 SiCl4 + 2H2====Si + 4HCl 制得精硅 硅不但用于制造晶体管、集成电路，还用于制造硅整流器和太阳能电池等。此外，硅合金的用途也很广。例如：含硅4%的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器铁芯；含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸设备等。 【认知无盲区】 §2 二氧化硅与光导纤维 SiO2的物理性质 SiO2分为晶体和无定形两大类，它的熔点高，硬度大。透明的石英晶体是通常所说的水晶，一般用来制造成直接经济损失电子部件和光学仪器。 二氧化硅的化学性质：(与CO2比较) SiO2 CO2 1.与水反应 不反应 CO2+H2O≒H2CO3 2.与酸(HF)反应 SiO2 + 4HF=SiF4↑+ 2H2O 只与氢氟酸反应 不反应 3.与碱(NaOH)反应 SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O 盛碱液的试剂瓶用(橡胶)塞 CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O 或CO2 ＋ NaOH===NaHCO3 4.与盐反应 SiO2 + CaCO3= CaSiO3 + CO2↑ SiO2 + Na2CO3=== Na2SiO3 + CO2↑ CO2 + CaCO3+H2O = Ca(HCO3)2 如与Ca(ClO)2反应： Ca(ClO)2 +CO2＋H2O= CaCO3↓＋2HClO 5.与碱性氧化物反应 SiO2 + CaO=CaSiO3 如与Na2O反应： CO2＋Na2O===Na2CO3 3．主要用途 CO2：制饮料、碳酸盐，干冰用做制冷剂。 SiO2：二氧化硅用途广泛,常被用来制造石英表中的压电材料和高性能的现代通讯材料――光导纤维。光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。 【认知无盲区】 (1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。 (2)SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸反应。 (3)SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。 (4)不能依据反应2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3=====高温 Na2SiO3＋CO2↑来说明 SiO2对应水化物H2SiO3的酸性比H2CO3强。 §３.硅酸盐与无机非金属材料： 1．硅酸 (1)溶解性：为白色粉末状固体，溶解度很小。 (2)化学性质——弱酸性：酸性比碳酸还弱：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。 (3)制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na2SiO3 + 2HCl===2NaCl + H2SiO3↓ (4)用途：硅胶可用做干燥剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。 2．硅酸盐 (1)硅酸盐：是由Si、O和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。 (2)硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 (3)硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式