2024版化学新教材鲁科版（闽粤皖京豫）教师用书第4章非金属及其化合物第4章第15讲　硅　无机非金属材料

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2024-11-17 1 0 2.42MB 15 页 5.9玖币

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第15 讲　硅　无机非金属材料

[复习目标]　1.掌握 Si 元素的单质及其重要化合物的性质及应用。2.掌握无机非金属材料的

性质和用途。

考点一　碳族元素　硅和二氧化硅

1．碳族元素概述

(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第Ⅳ A族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为 n s 2

n p 2

。

(2)碳的单质

① 碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。

② 几种单质的结构特点

金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边形层状结构，C60 是由 60 个碳原子形成

的足球状分子晶体。

2．硅单质

3．二氧化硅

1．12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(　　)

2．金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质(　　)

3．石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应(　　)

4．Si 是半导体材料，可用于制作太阳能电池(　　)

5．SiO2与NaOH 溶液反应生成盐和水，也可以和氢氟酸反应，所以 SiO2是两性氧化物(

)

答案　1.×　2.×　3.×　4.√　5.×

一、硅和二氧化硅的性质

1．下列关于硅的说法不正确的是(　　)

A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体

B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，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发生反应

D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

答案　C

解析　晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色、有金属光泽的非金属固体，故 A正确；

硅常温下能和 HF 溶液、氢氧化钠溶液反应，故 C错误；在加热时，硅能与氧气或氯气反应

生成二氧化硅或四氯化硅，故 D正确。

2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的

用途。a～e是对①～⑤反应中 SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是 (

)

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋2C=====Si＋2CO↑

③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

④Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑

⑤SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑

a．反应①中 SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃

b．反应②中 SiO2表现出氧化性

c．反应③中 SiO2表现了酸性氧化物的通性

d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理

e．反应⑤中 SiO2未参加氧化还原反应

A．ace B．bde C．cde D．ab

答案　B

解析　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，a、c判断错误；反应②是一个置

换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用

难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由 0价变为－

4价和＋2价，硅和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断

正确。

二、高纯硅的制备

3．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：

容器①中进行的反应为① Si(粗)＋3HCl(g)=====SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为

②SiHCl3＋H2=====Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是(　　)

A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用

B．①和②互为可逆反应

C．该流程中需要隔绝空气

D．粗硅制备不能通过 SiO2―――→SiCl4――→Si 实现

答案　B

解析　A项，反应②中生成的 HCl 在反应①中循环利用，反应①中生成的 H2在反应②中循

环利用，正确；B项，反应①与反应②的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C项，高

温条件下，Si、SiHCl3、H2都与 O2反应，故需隔绝空气，正确；D项，SiO2不与 HCl 反应，

不能通过上述途径制硅，正确。

4．晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：

① 粗硅与干燥的 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si(粗)＋3HCl=====SiHCl3＋H2；

② 经过纯化的 SiHCl3与过量 H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。

回答相关问题：

(1)粗硅与 HCl 气体反应完全后，经冷凝得到 SiHCl3(沸点为 36.5 ℃)，只含有少量 SiCl4(沸点

为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯 SiHCl3的方法为_____________________________

_。

(2)用SiHCl3与过量 H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：

① 在加热 D装置前应先打开 A装置中分液漏斗的活塞，目的是_________________________。

②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是____________________________________________。

答案　(1)蒸馏　(2)① 排出装置内的空气，以防爆炸　②水浴加热

考点二　无机非金属材料

1．常见硅酸盐材料比较

水泥玻璃陶瓷

生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土

主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑

2.新型无机非金属材料

(1)高温结构陶瓷，如 SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。

(2)碳纳米材料

①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。

② 用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。

(3)特殊功能的含硅材料

① 碳化硅共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。

② 含硅元素 4%的硅钢具有导磁性。

1．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐(　　)

2．二氧化硅可用于生产玻璃(　　)

3．碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作(　　)

4．压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化(　　)

5．石墨烯的电阻率低，热导率也低(　　)

6．传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料(　　)

答案　1.×　2.√　3.√　4.√　5.×　6.×

一、传统无机非金属材料

1．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。

如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：

下列说法正确的是(　　)

A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值

B．操作A与操作B完全相同

C．该流程中硅元素的化合价发生改变

D．反应器中发生的反应为氧化还原反应

答案　A

解析　A项，稻壳灰来源广泛，价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；

B项，操作 A为过滤，操作 B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中硅

元素的化合价是＋4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合

价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此

反应没有元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。

2．世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000 多块铝板和1 200 多块玻璃等建

成。

(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为__________________________、_

______________________________________________(用化学方程式表示)。

(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是____________________。制备普通

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第15讲　硅　无机非金属材料[复习目标]　1.掌握Si元素的单质及其重要化合物的性质及应用。2.掌握无机非金属材料的性质和用途。考点一　碳族元素　硅和二氧化硅1．碳族元素概述(1)碳、硅、锗、锡、铅均...

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