第4章 第1节 设计 1 课前预习 ·巧设计 设计 2 设计 3 考 点一 名师课堂 考 点二 ·一点通 考 点三 课堂10分钟练习 创新演练 ·大冲关 课堂5分钟归纳 课下30分钟演练

金刚石 石墨 C60 CO2 酸性 HCl H2CO3 氧 硅

一、单质硅与半导体材料 1．半导体材料 特指导电能力介于 和 之间的一类材料，最早使用的半导体材料是 ，现在使用最广泛的半导体材料是 。 2．硅的存在 在地壳里，硅的含量仅次于 ，全部以 态存在，主要存在形式为二氧化硅和 。硅单质存在同素异形体是 和 。 导体 绝缘体 锗 硅 氧 化合 硅酸盐 晶体硅 无定形硅

3．单质硅 (1)物理性质： 颜色 光泽 熔点 质地 导电性 色 很高 硬而脆 半导体 灰黑 有 金属

SiO2 集成

二、二氧化硅和光导纤维 1．二氧化硅 (1)存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是 的主要成分。纯净的二氧化硅又称 。 沙子、石英 水晶 (2)物理性质： 状态 颜色 熔点 硬度 水溶性 晶体 溶 无色 高 大 不

(3)化学性质： ①具有酸性氧化物的通性： a．常温下SiO2与 NaOH溶液反应生成盐和水： SiO2＋2NaOH=== 。 b．高温下SiO2与碱性氧化物(如 CaO)反应生成盐： SiO2 ＋CaO 。 Na2SiO3＋H2O CaSiO3

②特性： 与氢氟酸(HF)反应： SiO2 ＋4HF=== 。 ③弱氧化性： 高温下与C反应： SiO2 ＋2C 。 SiF4↑＋2H2O Si＋2CO↑

2．光导纤维 (1)主要成分：SiO2。 (2)用途：用于 、能量传输、 处理等，光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高了信号传输效率。 通迅 信息

三、硅酸盐和无机非金属材料 1．硅酸盐 (1)硅酸钠：其水溶液俗称 ，有黏性。 (2)硅酸盐： ①性质：硅酸盐性质 ，熔点 ，大都 溶于水。 水玻璃 稳定 较高 难

②表示方法： 硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠(Na2SiO3)可表示为 ，钠长石(NaAlSi3O8)可表示为 。 2．无机非金属材料 (1)传统的无机非金属材料——硅酸盐产品。 Na2O·SiO2 Na2O·Al2O3·6SiO2

水泥 玻璃 陶瓷 主要成分及种类 硅酸三钙 (3CaO·SiO2)、 硅酸二钙 (2CaO·SiO2)、 铝酸三钙 (3CaO·Al2O3) 普通玻璃 (Na2SiO3、CaSiO3、SiO2)石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、玻璃纤维 土器、陶器、瓷器

水泥 玻璃 陶瓷 主要性能 水硬性(与水掺和搅拌后凝固变硬)，不可逆过程 玻璃态物质，无固定的熔沸点，在一定温度范围内熔化 耐氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘 典型设备 回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 共同特点 高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐

(2)新型无机非金属材料： 高温 电学 光学 生物 材料类别 主要特性 示例 用 途 高温结构陶瓷 能承受 ，强度高 氮化硅陶瓷 用　途 高温结构陶瓷 能承受 ，强度高 氮化硅陶瓷 汽轮机叶片、轴承、永久性模具等 半导体 陶瓷 具有 特性 氧化锡陶瓷 集成电路中的半导体 光学材料 光导纤维 光缆通讯、医疗、照明等 生物陶瓷 具有 功能 氧化铝陶瓷 人造骨、人造关节、接骨螺钉 高温 电学 光学 生物

1．判断正误。 (1)自然界存在硅单质的同素异形体，性质较稳定。(　　) (2)单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。(　　) (3)晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，能导电。 (　　) (4)含硅的钢具有良好的导磁性和耐酸性。 (　　) (5)最早使用的半导体材料是硅。 (　　)

分析：硅单质存在同素异形体，但自然界中无单质硅。硅导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，最早使用的半导体材料是锗。 答案：(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×

2．用短线连接。 答案：a—①⑥⑦　b—②　c—①④　d—①③⑤⑥

3．玻璃的主要成分之一是SiO2，下列物质贮存时应注意： ①NaOH溶液　②浓HNO3　③溴　④Na2CO3溶液(碱性)　⑤氢氟酸　⑥盐酸　⑦水玻璃 (1)用玻璃瓶不能配玻璃塞的有________，可用玻璃塞的有________。 (2)用玻璃瓶不能配橡胶塞的有________。 (3)不能用玻璃瓶盛装的是________。

分析：SiO2是酸性氧化物，与碱反应生成硅酸盐粘住瓶塞不易打开，浓HNO3、溴具有强氧化性，能氧化橡胶。氢氟酸与SiO2反应，腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装。 答案：(1)①④⑦　②③⑥　(2)②③　(3)⑤

4．制取玻璃和水泥都用了共同的原料是________。 答案：石灰石 5．向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是_____________， 反应方程式为：_________________________________，说明酸性________________＞________________。 答案：生成白色沉淀　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3　H2CO3　H2SiO3

6．下列哪些材料是新型无机非金属材料____________。 ①氧化铝陶瓷　　　　　　 ②氮化硅陶瓷 ③碳化硅陶瓷 ④氮化铝陶瓷 ⑤氮化钛陶瓷 ⑥硅化硼陶瓷 ⑦二硅化铜陶瓷 ⑧红色玻璃 ⑨钢化玻璃 ⑩光导纤维

分析：新型无机非金属材料是指具有特殊结构、功能的新材料。红色玻璃是在原料中加入Cu2O使玻璃呈红色，钢化玻璃是把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却而制成的，都属于传统硅酸盐产品。 答案：①②③④⑤⑥⑦⑩

[特别提醒] (1)硅属于非金属元素，但也具有一定的金属性，如可导电、具有金属光泽等。 (2)导电性：硅＜石墨。 (3)酸性强弱：H2CO3＞H2SiO3。

[例1]　下列关于硅和二氧化硅说法不正确的是(　　) A．晶体硅呈灰黑色，是具有金属光泽、硬而脆的固体 B．硅的化学性质很稳定，但自然界里无游离态的硅存在，常温下可与其他物质发生反应 C．硅和二氧化硅都能与NaOH溶液反应 D．工业上用焦炭在高温条件下还原二氧化硅来制备硅说明通常情况下还原性C＞Si .

[答案]　D

(1)自然界中存在游离态的碳，却不存在游离态的硅。 (2)二氧化硅与焦炭在隔绝空气的条件下制取粗硅时，生成的是CO而不是CO2。

二氧化硅和二氧化碳性质的比较 名称 SiO2 CO2 物理性质 颜色 无色 状态 固体 气体 熔沸点 很高 很低 硬度 大 小 溶解性 不溶于水 可溶于水

名称 SiO2 CO2 化学性质 类型 硅酸酸酐、 酸性氧化物 碳酸酸酐、 与碱(NaOH) SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O CO2过量时生 成NaHCO3

[例2]　下列说法中，正确的是 (　　) A．SiO2和CO2均由分子直接构成 B．CO2、SiO2都是酸性氧化物，不与任何酸反应 C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应 D．CO2、SiO2分别是H2CO3、H2SiO3的酸酐，因而均可由CO2、SiO2与水反应制得相应酸

[解析]　SiO2直接由硅原子、氧原子构成，CO2是由CO2分子构成，A错；SiO2能与氢氟酸反应，B错；CO2、SiO2与CaO反应生成CaCO3和CaSiO3。SiO2不溶于水，不能与水反应生成H2SiO3，D错。 [答案]　C

1．表示方法 (1)化学式法： 如硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)等。此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。 (2)氧化物法： 硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物形式来表示它的组成，通式为aMxOy·bSiO2·cH2O。

①当金属不止一种时，先写活泼金属，再写较活泼金属，然后是二氧化硅，最后写水。 ②氧化物化学式之间用“·”隔开，化学式前的系数只能取整数，且只代表该氧化物本身。 ③氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素尽量按配置前后原子个数守恒原则配置系数。 例如：硅酸钠：Na2SiO3→Na2O·SiO2， 石棉：Mg3Ca(SiO3)4→CaO·3MgO·4SiO2。

2．硅酸钠 (1)物理性质：可溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。“水玻璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。 (2)化学性质：易与酸反应。 ①与强酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 ②与CO2反应：CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O=== Na2CO3＋H2SiO3↓； CO2过量，Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓。

[特别提醒] (1)由于硅酸盐组成复杂，用氧化物表示其组成只是为了简化对硅酸盐组成的表示，不能理解成硅酸盐以氧化物形式存在。 (2)硅酸(H2SiO3)是一种难溶于水的白色胶状物，酸性比碳酸还弱，硅酸受热分解为二氧化硅和水。硅酸失去部分水后得硅胶。

[例3]　高岭土的组成是：Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的值分别是 (　　) A．7、2　　　　　　　　　　 B．5、4 C．6、3 D．3、6

[答案]　B

(1)硅酸盐中，氧原子与其他原子具有一定配比关系。 (2)各元素正负化合价代数和为零。

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