魯科版必修1 第4章第1節(jié)硅 無(wú)機(jī)非金屬材料 學(xué)案（1）.doc

互動(dòng)課堂疏導(dǎo)引導(dǎo)一、半導(dǎo)體材料與單質(zhì)硅1.半導(dǎo)體材料指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。（1）最早使用的半導(dǎo)體材料是鍺。（2）硅是目前廣泛使用的半導(dǎo)體材料，在地殼中的含量?jī)H次于氧。2.硅的性質(zhì)（1）硅的物理性質(zhì)單質(zhì)硅有晶體硅和無(wú)定形硅（非晶硅）兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。記憶要訣硅的主要物理性質(zhì)金屬光澤灰黑硅，半導(dǎo)材料硬而脆。（2）硅的化學(xué)性質(zhì)常溫下，能夠與氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)si+2f2=sif4si+4hf=sif4+2h2si+2naoh+h2o=na2sio3+2h2加熱時(shí)能夠與某些非金屬單質(zhì)反應(yīng)si+o2=sio2，si+2cl2=sicl4，si+c=sic硅的制取sio2+2c=si+2co；si+2cl2=sicl4sicl4+2h2=si+4hcl（3）硅的用途硅不但用于制造晶體管、集成電路，還用于制造硅整流器和太陽(yáng)能電池等，此外，硅合金的用途也很廣。要點(diǎn)剖析硅的化學(xué)性質(zhì)（1）常溫下，si跟強(qiáng)酸不反應(yīng)。（2）常溫下，sif4是氣體，sicl4是液體，sio2是固體。非金屬單質(zhì)一般不與弱氧化性酸反應(yīng)，而硅不但能與氫氟酸反應(yīng)，且有h2生成。（3）關(guān)鍵掌握硅與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)中si的化合價(jià)為+4。 疑難突破與其他非金屬相比，硅的性質(zhì)出現(xiàn)了哪些反常？(1)硅的還原性比碳弱，而碳在高溫下卻能從sio2中還原出硅；(2)非金屬單質(zhì)一般不與弱氧化性酸反應(yīng)，而硅不但能與氫氟酸反應(yīng)，且有h2生成；(3)非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)一般不生成h2，而硅卻不然。案例1下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是（）a.硅是非金屬元素，但它的單質(zhì)是灰黑色、有金屬光澤的固體b.硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料c.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)d.當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、氯氣等非金屬反應(yīng)【剖析】 本題考查硅的性質(zhì)。硅是灰黑色有金屬光澤的固體，但它屬于非金屬，是半導(dǎo)體。在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但可與f2、hf和強(qiáng)堿反應(yīng)，在加熱的條件下，硅可與氧氣、氯氣等非金屬反應(yīng)?！敬鸢浮?c【借題發(fā)揮】 掌握硅的性質(zhì)應(yīng)注意把握硅的特性。硅具有金屬光澤，是半導(dǎo)體，是非金屬單質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，但可在常溫與f2、hf和強(qiáng)堿反應(yīng)。非金屬單質(zhì)一般跟堿液反應(yīng)無(wú)h2生成，而硅卻可以放出h2。非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應(yīng)，但硅卻能與hf反應(yīng)。二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維1.二氧化硅的存在和物理性質(zhì)二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅。二氧化硅的熔點(diǎn)高、硬度大。2.二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅是酸性氧化物。sio2+2naoh=na2sio3+h2osio2+cao=casio3sio2+4hf=sif4+2h2o（此反應(yīng)常用于雕刻玻璃）誤區(qū)警示堿性溶液的保存不能用磨口玻璃塞，可用玻璃瓶盛裝堿性液體，但不能蓋磨砂玻璃塞，以防sio2與naoh(aq)等反應(yīng)，生成的一種黏合劑na2sio3使瓶塞和瓶口黏合在一起。3.二氧化硅的用途二氧化硅的用途廣泛，常用于制造石英表中的壓電材料和高性能的現(xiàn)代通訊材料光導(dǎo)纖維。案例2無(wú)論是傳統(tǒng)的或是新型的無(wú)機(jī)非金屬材料，硅元素都占有非常重要的地位。由于硅在太陽(yáng)能發(fā)電中的重要作用，有些科學(xué)家稱硅是“二十一世紀(jì)的能源”，下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是（）a.自然界中硅單質(zhì)的含量居各元素的第二位b.高純度的硅是制半導(dǎo)體的重要材料c.水泥、玻璃和陶瓷都是傳統(tǒng)的硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品d.二氧化硅可用于制光導(dǎo)纖維【剖析】 由于自然界中硅元素主要以化合態(tài)的形式存在，所以硅元素的含量在自然界中占第二位，而不是硅單質(zhì)的含量?！敬鸢浮?a【借題發(fā)揮】 關(guān)于二氧化硅的考查還可以考查二氧化硅與堿溶液的反應(yīng)、與堿性氧化物的反應(yīng)以及二氧化硅的用途等等。三、硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料1.傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料（1）硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料，其制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，大多數(shù)難溶于水。（2）玻璃：制造普通玻璃的原料是純堿、石灰石和石英。sio2+na2co3=na2sio3+co2sio2+caco3=casio3+co2玻璃沒(méi)有固定的熔沸點(diǎn)。（3）水泥：制造水泥的主要原料有石灰石和黏土。普通水泥的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等。水泥具有水硬性，與水摻和攪拌靜置，很容易凝固變硬。 疑難突破na2sio3+co2+h2o=h2sio3+na2co3同na2co3+sio2 na2sio3+co2矛盾嗎？許多同學(xué)會(huì)認(rèn)為na2sio3+co2+h2o=h2sio3+na2co3同na2co3+sio2na2sio3+co2發(fā)生矛盾，其實(shí)并不矛盾。前者是在水溶液中進(jìn)行的，由于h2co3酸性比h2sio3強(qiáng)，所以h2co3跟硅酸鹽反應(yīng)生成h2sio3。后者是在高溫下進(jìn)行的，由于co2為氣體，生成后立即離開反應(yīng)體系，使反應(yīng)向右進(jìn)行到底。2.陶瓷材料（1）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：主要包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。氮化硅具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。（2）生物陶瓷（3）壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)的陶瓷。目前應(yīng)用比較廣泛的壓電陶瓷以鈦酸鋇（batio3）和鈦酸鉛（pbtio3）為主要成分。案例3想一想，下列選項(xiàng)中哪一種物質(zhì)可與陶瓷、鋼化玻璃、高強(qiáng)度水泥歸為一類（）a.光導(dǎo)纖維b.有機(jī)玻璃c.磚瓦d.人造纖維【剖析】 從題目中給定的幾種物質(zhì)分析可知，這些物質(zhì)均屬于硅酸鹽產(chǎn)品，結(jié)合各選項(xiàng)中物質(zhì)的主要成分可知a項(xiàng)可以和它們歸為一類?！敬鸢浮?a【借題發(fā)揮】 有關(guān)硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料的考查還可以考查硅酸鹽的改寫、硅酸鹽材料在日常生活中和高新科技領(lǐng)域的應(yīng)用等等。活學(xué)巧用1.下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是（）a.硅單質(zhì)既不能與酸反應(yīng)又不能與堿反應(yīng)b.晶體硅中每個(gè)硅原子與另外四個(gè)硅原子形成4個(gè)共價(jià)鍵c.硅與naoh溶液的反應(yīng)中naoh作氧化劑d.硅元素在地殼中的含量居第一位【思路解析】 單質(zhì)硅可以與氫氟酸和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，所以a項(xiàng)錯(cuò)誤；硅與naoh溶液反應(yīng)時(shí)的氧化劑為水；硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，位于第二位。【答案】 b2.我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號(hào)”的問(wèn)世，填補(bǔ)了我國(guó)計(jì)算機(jī)制造史上的一項(xiàng)空白。下列對(duì)晶體硅的有關(guān)敘述正確的是（）a.晶體硅和金剛石的物理性質(zhì)相似b.硅在地殼中含量居第二位，可以以游離態(tài)存在于自然界中c.晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但是它提煉工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴d.晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導(dǎo)電【思路解析】 本題考查硅的性質(zhì)。晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，是具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，所以物理性質(zhì)與金剛石相似，熔沸點(diǎn)高，硬度大；硅在地殼中含量居第二位，但在自然界中沒(méi)有游離態(tài)的存在，主要以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在于自然界中；晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，被廣泛使用；晶體硅是一種非金屬單質(zhì)，雖然它具有金屬光澤?！敬鸢浮?a3.已知si+2naoh+h2o=na2sio3+2h2，2al+2naoh+2h2o=2naalo2+3h2，硅不與鹽酸反應(yīng)。將含鐵、鋁、硅的合金樣品分為等質(zhì)量的兩份，分別與足量的稀鹽酸和燒堿溶液充分反應(yīng)，測(cè)得放出氫氣的質(zhì)量相同。則該合金樣品中鐵、鋁、硅的質(zhì)量比不可能是（）a.1128128b.3362784c.32413536d.568156【思路解析】 由于fe+2hcl=fecl2+h2，si+2naoh+h2o=na2sio3+2h2，所以欲使上述兩種情況下產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量相同，則必有鐵和硅的質(zhì)量比滿足41?！敬鸢浮?cd4.光纖通訊是一種現(xiàn)代化的通訊手段，制造光導(dǎo)纖維的主要原料是（）a.caco3 b.sio2c. cao d.na2sio3【思路解析】 制造光導(dǎo)纖維的主要原料是二氧化硅?！敬鸢浮?b5.二氧化硅是酸酐的原因是（）a.它溶于水得相應(yīng)的酸b.它對(duì)應(yīng)的水化物是可溶性強(qiáng)酸c.它與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)只生成鹽和水d.它是非金屬氧化物【思路解析】 二氧化硅能夠與堿溶液反應(yīng)只產(chǎn)生鹽和水，所以二氧化硅是酸性氧化物?！敬鸢浮?c6.下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)室保存一些藥品的說(shuō)法，正確的是（）a.氫氟酸不能貯存于玻璃瓶中b.盛放濃硫酸應(yīng)當(dāng)用帶有磨口玻璃塞的廣口瓶c.盛放硝酸銀應(yīng)當(dāng)使用棕色瓶d.因?yàn)榘彼侨鯄A溶液，所以可以使用磨口玻璃塞【思路解析】 由于hf能夠與玻璃的主要成分反應(yīng)，所以hf不能保存在玻璃瓶中；液體或溶液通常保存在細(xì)口瓶中，堿性溶液通常用橡膠塞保存。【答案】 ac7.在下列反應(yīng)里，氧化劑和還原劑物質(zhì)的量比與質(zhì)量比一致的是（）a.cl2+h2o=hclo+hclb.h2s+so2=s+h2oc.sio2+csic+cod.si+o2=sio2【思路解析】 當(dāng)氧化劑、還原劑是同一種物質(zhì)時(shí)，它們的物質(zhì)的量比一定等于質(zhì)量比?！敬鸢浮?ac8.可以用來(lái)制取半導(dǎo)體材料（如大規(guī)模集成電路）的是（）a.二氧化硅b.粗硅c.高純硅d.硅酸鹽【思路解析】 制取半導(dǎo)體材料的主要是硅和鍺等元素的單質(zhì)?！敬鸢浮?c9.24 g石英和80 g石灰石在高溫下充分反應(yīng)，放出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是（）a.4.48 l b.8.96 l c.11.2 ld.17.92 l【思路解析】 由于在高溫下反應(yīng)，所以caco3將會(huì)完全分解，產(chǎn)生氣體的體積只與碳酸鈣的量有關(guān)。【答案】 d10.某呈堿性的溶液中加入bacl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀，再加入稀hno3，沉淀不消失，則該溶液中存在的離子可能為（）a.b. c. d. 【思路解析】 堿性溶液中，銀離子不能存在，加硝酸可將亞硫酸鋇氧化為硫酸鋇而不溶解，硅酸不溶于水，答案是b、d?！敬鸢浮?bd11.下列材料的特征及用途說(shuō)法不正確的是（）a.氧化鋁陶瓷具有兩性，可用來(lái)制造人造牙齒b.氧化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來(lái)制造柴油機(jī)c.光導(dǎo)纖維導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，是非常好的通訊材料d.人造剛玉硬度高，可用來(lái)制造剛玉球磨機(jī)【思路解析】 由于氧化鋁具有兩性，容易與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)，所以不能用于制人造牙齒?！敬鸢浮?a12.na2co3+sio2=na2sio3+co2能說(shuō)明硅酸酸性比碳酸強(qiáng)嗎？【思路解析】 上述反應(yīng)不是在溶液中進(jìn)行，而是在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行的，sio2的沸點(diǎn)很高，其化學(xué)反應(yīng)可以看作是分兩步進(jìn)行的：na2co3=na2o+co2，na2o+sio2=na2sio3，由于co2的逃逸，使反應(yīng)順利進(jìn)行。故該反應(yīng)不能用于比較酸性強(qiáng)弱，但可以說(shuō)明na2sio3的熱穩(wěn)定性比na2co3強(qiáng)。其反應(yīng)原理可理解為用難揮發(fā)的物質(zhì)制易揮發(fā)的物質(zhì)?！敬鸢浮?略13.高嶺土的組成可表示為al2si2ox(oh)y，其中數(shù)值分別是（）a.7、2b.5、4c.6、3d.3、6【思路解析】