2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第一冊(cè) 第七章 碳族元素 無(wú)機(jī)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(xué)（大綱版）第一冊(cè) 第七章 碳族元素 無(wú)機(jī)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(qiáng)，而碳在高溫下能從SiO2中還原出Si。 （2）非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)一般不生成氫氣，而硅與氫氧化鈉等強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。 （3）非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅不但與氫氟酸反應(yīng)，而且有氫氣生成。 （4）酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和水。 （5）無(wú)機(jī)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(qiáng)，二氧化碳與硅酸鈉及反應(yīng)生成碳酸鈉和硅酸沉淀。在高溫下碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)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(kāi)反應(yīng)體系而使反應(yīng)進(jìn)行到底。 2.浸過(guò)硅酸鈉溶液的織物為什么不易燃燒？ 把織物浸過(guò)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(hù)層，把易燃的碳、氫、氧組成的纖維素和空氣隔開(kāi)，火焰也不能直接接觸它，用火去點(diǎn)時(shí)就不再燃燒。當(dāng)然，這主要是由于硅酸鈉的耐熱性高的緣故。 3.半導(dǎo)體材料的用途 物質(zhì)的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間（電阻率在10－3~108歐姆厘米之間）時(shí)，為半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體材料可以制造出具有各種功能的半導(dǎo)體器件來(lái)取代真空管用來(lái)整流、檢波、放大，并有縮小電子設(shè)備體積，減輕重量、延長(zhǎng)壽命、耐沖擊、效率高和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。用半導(dǎo)體材料制成的集成電路還可以將成千上萬(wàn)個(gè)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(diǎn)得到進(jìn)一步發(fā)揮。廣泛應(yīng)用于通訊、電訊、電子計(jì)算機(jī)中。另外，超純硅對(duì)紅外光有很高的透過(guò)能力，可以用以制作紅外聚焦透鏡，對(duì)紅外輻射目標(biāo)進(jìn)行夜間跟蹤、照像、追擊。利用半導(dǎo)體的導(dǎo)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(dòng)控制用的熱敏元件（如熱敏電阻等）和光敏元件。半導(dǎo)體材料是制作太陽(yáng)能電池的主要材料。半導(dǎo)體材料還可制成激光二極管，用于激光通訊，測(cè)距和空間導(dǎo)航等方面。 4.正二價(jià)硅 碳族元素除硅外，主要正價(jià)為+2、+4價(jià)，硅主要正價(jià)為+4價(jià)，那么有沒(méi)有+2價(jià)的硅呢？事實(shí)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(shí)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(guó)舊金山，有個(gè)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(jì)算機(jī)發(fā)展的基地。這說(shuō)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(chǔ)而制成的晶體管是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)革命的心臟。 6.石英和水晶 石英的主要成分是SiO2，可用來(lái)制造石英玻璃。石英晶體中有時(shí)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(jié)構(gòu)不同也會(huì)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?？h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(dá)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(shí)出土的還有一塊質(zhì)量為400 kg 的水晶體。 法國(guó)科學(xué)家皮埃爾居里（Pierre Gurie）發(fā)現(xiàn)水晶在受壓時(shí)能產(chǎn)生一定的場(chǎng)，這種現(xiàn)象被稱為“壓電效應(yīng)”。后來(lái)這種“壓電效應(yīng)”被應(yīng)用在電子工業(yè)上。石英薄片在高頻率電場(chǎng)作用下，能作間歇性的伸張和收縮，其頻率和施加的電場(chǎng)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(yīng)用在鐘表工業(yè)和超聲技術(shù)上。 ●綜合能力訓(xùn)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(jiǎn)單的硅酸鹽會(huì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的硅酸鹽。已知：鈣長(zhǎng)石、鎂橄欖石、石榴子石的化學(xué)式分別是：CaAl2Si2O8；Mg2SiO4；CaMg2Al2Si3O12 （1）用氧化物形式表示的化學(xué)式分別為：鈣長(zhǎng)石__________，鎂橄欖石__________，石榴子石______。 （2）寫(xiě)出鈣長(zhǎng)石與鎂橄欖石反應(yīng)轉(zhuǎn)變成石榴子石的化學(xué)方程式：_______________。 解析：用氧化物形式表示硅酸鹽時(shí)，把金屬氧化物寫(xiě)在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序?qū)懗銎溲趸?，然后?xiě)SiO2，最后寫(xiě)H2O，且各氧化物之間要用“”隔開(kāi)。據(jù)金屬活動(dòng)性順序表知，Ca、Mg、Al的活潑性依次減弱。所以應(yīng)先寫(xiě)鈣的氧化物，再寫(xiě)鎂的氧化物，最后寫(xiě)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(fēng)化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。此處所指的風(fēng)化作用是指礦物與水和CO2同時(shí)作用的過(guò)程。例如鉀長(zhǎng)石（KAlSi3O8）風(fēng)化生成高嶺土〔Al2Si2O5（OH）4〕，此反應(yīng)的離子方程式為2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O====2K++2HCO+4H4SiO4+ Al2Si2O5（OH）4，這個(gè)反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是______________________。 解析：分析反應(yīng)前后的酸的酸性強(qiáng)弱，正反映了由較強(qiáng)的酸制取較弱的酸這一普遍規(guī)律。亦即解釋復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的原因應(yīng)用的是極其簡(jiǎn)單的化學(xué)原理。 答案：碳酸的酸性比原硅酸強(qiáng)，由較強(qiáng)的酸可制得較弱的酸 3.下列說(shuō)法正確的是 A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟強(qiáng)堿反應(yīng)，但不能跟任何酸反應(yīng) B.根據(jù)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑的反應(yīng)，可推知硅酸酸性比碳酸強(qiáng) C.二氧化碳?xì)怏w通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸 D.二氧化硅對(duì)應(yīng)的水化物有不同的組成 解析：二氧化硅可以跟氫氟酸反應(yīng)（SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O），所以A不正確；B項(xiàng)反應(yīng)是在高溫條件下進(jìn)行的，由于二氧化碳是氣體，生成后脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，但這不能說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)。比較硅酸和碳酸的酸性強(qiáng)弱要比較它們?cè)谒芤褐须婋x出H+的難易程度。 C項(xiàng)正確。發(fā)生的反應(yīng)為： Na2SiO3+CO2+2H2O====H4SiO4↓+Na2CO3 H4SiO4====H2O+H2SiO3 D項(xiàng)二氧化硅對(duì)應(yīng)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(yīng)：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(yīng)，反應(yīng)完全后得殘留固體。 （1）寫(xiě)出可能的反應(yīng)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(wèn)x為何值時(shí)，殘留固體為何種物質(zhì)？寫(xiě)出殘留固體物質(zhì)的量與x值之間的關(guān)系，將結(jié)果填入下表（不一定填滿） x值 殘留固體 化學(xué)式 物質(zhì)的量 解析：據(jù)所學(xué)知識(shí)及題給信息，不難寫(xiě)出可能發(fā)生反應(yīng)的方程式為SiO2+2CSi+2CO↑① Si+CSiC②針對(duì)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(jìn)行，固體為Si， mol； ②x=；按③式進(jìn)行，固體為SiC， mol； ③＜x＜1;按①式進(jìn)行，固體為Si為 mol，SiO2為 mol; ④＜x＜;按①②式進(jìn)行，固體Si為a（4x－1） mol，SiC為a（1－3x） mol； ⑤①＜x＜;按③式進(jìn)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