531硅及其化合物（第1课时）.docx

第五章化工生产中的重要非金属元素

第三节无机非金属材料

第1课时硅及其化合物

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01/学习目标明确内容要求，落实学习任务

02/思维导图构建知识体系，加强学习记忆

03/知识导学梳理教材内容，掌握基础知识

04/效果检测课堂自我检测，发现知识盲点

05/问题探究探究重点难点，突破学习任务

06/分层训练课后训练巩固，提升能力素养

1、认识硅元素在自然界中的存在形式及其重要性。

2、掌握硅的物理性质和化学性质。

3．了解硅的重要化合物如二氧化硅、硅酸盐的性质及应用。

重点:硅的物理性质和化学性质；二氧化硅的主要化学性质。

难点:硅晶体结构及其与物理性质的关系；二氧化硅晶体结构及其性质。

一、硅

1．硅的存在、位置与结构

（1）存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，居第2位，在自然界主要以硅酸盐和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在，硅单质主要有晶体和无定形两大类。

（2）位置：硅元素位于元素周期表中位于第三周期ⅣA族

（3）结构：硅是14号元素，原子结构为：，说明硅既难失去电子也难得到电子，硅是亲氧元素，与氧形成共价键，硅单质晶体是共价晶体（）。

2．硅的物理性质：

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，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

3．硅的化学性质——硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物

a．常温

常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。

①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；

②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；

③与F2反应的化学方程式:Si＋2F2===SiF4

b．高温

加热或高温条件下，硅也能和一些非金属单质反应。

①与O2反应：Si＋O2SiO2。

②与Cl2反应：Si＋Cl2SiCl4

③与C反应：Si+CSiC

4．硅的用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。

5．高纯硅的制备

（1）制备原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原得到高纯硅。

（2）制备流程：

（3）涉及的主要化学反应

(a)SiO2＋2Ceq\o(=============,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑

【思考】能否通过反应SiO2＋2CSi＋2CO↑证明C、Si的还原性强弱？

【参考答案】氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。

(b)Si＋3HCleq\o(=====,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2

(c)SiHCl3＋H2eq\o(=====,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl

【特别提醒】①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。

②粗硅中含碳等杂质，与HCl反应生成的SiHCl3中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiHCl3后，再用H2还原，得到高纯度硅。

【名师点拨】（1）Si与氢氟酸反应是Si的特性，其他非金属单质不有此性质。

（2）Si是能与NaOH溶液反应放出H2的非金属单质，A1是能与NaOH溶液反应放出H2的金属单质，推断题中常以此为突破口。

（3）反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑可看作两步进行：Si+3H2O=H2SiO3+2H2↑、H2SiO3+2NaOH=

Na2SiO3+2H2O。总反应为Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。此反应中Si是还原剂，H2O是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂。

二、二氧化硅

1．二氧化硅的存在

自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石，硅石、石英、水晶、玛瑙、硅藻土、沙子等主要成分都是SiO2。

2．二氧化硅的物理性质：纯净的SiO2是无色透明的，其熔、沸点高，硬度大，不溶于水，也不导电。

3．二氧化硅的结构

SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。在SiO2晶体中，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合，SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。

4．二氧化硅的化学性质

a.酸性氧化物，是硅酸的酸酐，但不与水反应。

①SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（