第03天无机非金属材料.docx

寒假打卡第03天

第五章第三节无机非金属材料

一、硅单质

1．硅的存在与结构

存在

原子结构示意图

周期表中位置

含量

存在形态

地壳中居第二位

氧化物和硅酸盐

第三周期ⅣA族

2．硅的性质：还原性为主

常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下：

①与非金属单质反应eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=====,\s\up7(△))SiO2,F2：Si＋2F2===SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=====,\s\up7(△))SiCl4))

②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

3．硅的制取：

①制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。

②粗硅提纯：Si＋2Cl2eq\o(=====,\s\up7(高温))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl。

(3)硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。

【名师点拨】

(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Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。

【典例示范】

【例1】下列有关硅的说法不正确的是()

A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应

D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

【答案】C

【解析】A项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；C项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与F2、HF等物质发生反应，错误；D项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。

二、二氧化硅

1．酸性氧化物的通性

SiO2+CaOCaSiO3

SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O(盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞)

SiO2不溶于水，与水不反应

2．氧化性：SiO2+2CSi+2CO

3．SiO2和HF反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O(特性)，玻璃中含有SiO2，可以用HF来刻蚀玻璃。盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，可以用塑料瓶。

4．SiO2用途：天然二氧化硅有结晶形和无定形两大类，统称硅石。它的硬度较大，熔点较高。以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料(光导纤维的成分是二氧化硅)。石英、玛瑙(成分SiO2)用于制作饰物和工艺品。

【名师点拨】

(1)SiO2中硅元素为＋4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。

(2)SiO2是酸性氧化物，H2SiO3的酸酐，与水不反应，硅酸只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。

(3)实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。

(4)氢氟酸能与SiO2反应，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而应存放在塑料瓶中。

【典例示范】

【例2】纯二氧化硅可用下列流程制得。相关说法不正确的是()

A．X的主要成分可用作木材防火剂

B．步骤Ⅰ的反应是SiO2+2OH=SiO32+H2O

C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替

D．步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行

【答案】D

【解析】Na2SiO3作为防火剂，A项正确；SiO2与NaOH反应产生Na2SiO3和H2O，SiO2和H2O不能拆写，其余拆写为离子，B项正确；反应Ⅱ利用较强酸制较弱酸，H2CO3酸性强于H2SiO3，可以替换稀硫酸，C项正确；固体灼烧在坩埚中进行，D项错误。

三、硅酸盐材料

1．硅酸盐

(1)结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有。

(2)性质：结构决定性质，硅酸盐的特殊结构决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

2．最简单的硅酸盐——Na2SiO3

3．传统硅酸盐材料

项目

普通玻璃

普通水泥

陶瓷

生产原料

纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)

石灰石、黏土

黏土

生产设备

玻璃窑

水泥回转窑

陶瓷窑

主要成分

Na2SiO3