高中化学苏教版必修一第三单元 含硅矿物与信息材料教学设计及反思

第三单元 含硅矿物与信息材料

3.3.2 二氧化硅与信息材料 学案

 高考资源网【学习目标】

1.知道二氧化硅的物理性质和化学性质。了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。

2.认识单晶硅的使用给人类文明进程所带来的重大影响。

【学习过程】

一、硅

1.物理性质：晶体硅是      色、有金属光泽、硬而脆的固体，熔点和沸点都很      ，硬度也很大（因为它的结构类似于金刚石），是良好的          材料，广泛应用于电子的各个领域。

2.化学性质：很稳定

（1）常温下不与O2、Cl2、H2、浓H2SO4、浓HNO3等反应。

（2）加热或高温时有强还原性：

  Si＋  O2――                            

  Si＋  C――                             

  Si＋  Cl2――                         

（3）常温下能与氟气（F2）、氢氟酸（HF）反应：

  Si十  F2――                             

  Si十  HF――                         

3. 硅的制备

工业上用炭自在高温下还原二氧化硅的方法，制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅在高温下跟氯气气反应生成四氯化硅，四氯化硅经提纯后，再用氢气还原，就可以得到高纯度的硅。

工业制法：二氧化硅－→粗硅－→四氯化硅－→精硅（写出化学方程式）

（1）  SiO2＋  C――　　            （制粗硅）

（2）  Si＋  Cl2――            （分馏、提纯）

（3）  SiCl4＋  H2――     ＋      （制纯硅）

二、二氧化硅（SiO2）

1.存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。

天然二氧化硅的矿物有：硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等。

2.物理性质：①状态：　　　　；②熔.沸：　　　；③硬度：　　　　　；④水溶性　　。　

3.化学性质：

（1）结构：二氧化硅晶体与金刚石结构相似，具有高硬度、高熔沸点特征。

（2）具有酸性氧化物的通性；

①二氧化硅与氧化钙（高温）： SiO2＋  CaO——                               

②二氧化硅与氢氧化钠溶液：  SiO2＋  NaOH——                             

〖思考〗实验室盛放碱液的试剂瓶常用       塞，不用         塞，就是为了防止玻璃受碱液腐蚀生成Na2SiO3而使瓶口和塞子粘在一起。

写出反应的离子方程式：                                           。

③二氧化硅与碳酸钠（高温）： SiO2＋  Na2CO3——                            

（3）不跟酸（除    外）反应：  SiO2＋  HF——            （雕刻玻璃、腐蚀玻璃）

（4）与C反应（高温）： ①SiO2＋  C——            ②SiO2＋  C——           

4. 用途：即为硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等的用途。

用于制造光导纤维、石英玻璃、电子光学仪器、精密仪器轴承、耐磨器皿等。

【知识梳理】

一、硅单质

1．硅单质的结构：正四面体空间网状结构。与金刚石类似。

2．性质：（1）物理性质：晶体硅是灰黑色有金属光泽，硬而脆的固体；导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂。

（2）化学性质：常温只与单质氟、氢氟酸和强碱溶液反应。性质稳定。

Si +2F2 == SiF4（气态）,                                Si + 4HF == SiF4 +2 H2,

Si +2NaOH + H2O == Na2SiO3 +2H2↑,        （Si +2NaOH + 4H2O == Na2SiO3 +2H2↑+ 3H2O.）

加热高温：Si + O2 SiO2 ,  Si + 2Cl2 SiCl4 （液态），

 Si +2H2 SiH4（气态）

3.硅的用途：（1）用于制造硅芯片、集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件；（2）制造太阳能；（3）制造合金，如含硅4％（质量分数）的钢导磁性好制造变压器的铁芯；含硅15%(质量分数)的钢有良好的耐酸性等。

4．工业生产硅：

制粗硅：SiO2 + 2C Si + 2CO

制纯硅：Si + 2Cl2 SiCl4(液态)

SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl

二、二氧化硅的结构和性质：

1．SiO2的结构：正四面体的空间网状结构。（可以理解为在晶体硅的结构中两个硅原子中间插入一个氧原子。）

2．SiO2在自然界中有较纯的水晶、含有少量杂质的石英和普遍存在的沙。自然界的二氧化硅又称硅石。

3．SiO2物理性质：硬度大，熔点高，难溶于溶剂的固体。

4．SiO2化学性质：常温下，性质稳定，只与单质氟、氢氟酸和强碱溶液反应。

SiO2 + 2F2 == SiF4 + O2 ,    SiO2 + 4HF == SiF4 + 2H2O （雕刻玻璃的反应),

SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O （实验室装碱试剂瓶不能用玻璃塞的原因）.

加热高温：SiO2 + 2C Si +2 CO,   SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑

SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑，SiO2 + CaO CaSiO3 .

5．SiO2的用途：制石英玻璃，是光导纤维的主要原料；制钟表部件；可制耐磨材料；用于玻璃的生产；在光学仪器、电子工业等方面广泛应用。

【典题解悟】

【例1】下列关于硅和二氧化硅的叙述不正确的是(  D  )

1. 晶体硅和二氧化硅的结构都类似与金刚石
2. 晶体硅和二氧化硅晶体都常用来制造电子部件
3. 硅和二氧化硅都不与酸（氢氟酸除外）
4. 硅和二氧化硅都广泛存在于自然界中，天然单质硅叫硅石

点评：此题考查了硅与二氧化硅的性质及它们的区别。

自然界的二氧化硅又称硅石。所以此题选D。

【例2】硅单质和碳单质及相应氧化物、氢化物、盐在性质上有很多相似的地方。如它们的最高价氧化物都是酸性氧化物，都能与碱反应生成盐和水，都能和碱性氧化物（如CaO）反应生成盐等；它们的氢化物都能燃烧生成对应的氧化物和水。把河沙（主要成分是SiO2）跟镁粉按一定质量比（稍大于15：24）混合均匀，装入试管中加入大约1分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自然地气态氢化物。

（1）写出河沙与镁粉在加热条件下的化学方程式________该反应是________反应（填“放热”或“吸热”）

（2）生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是________ (填化学式)。

（3）写出产生爆炸声的化学方程式________

解析：m(SiO2):m(Mg)﹥15:24,则n(SiO2):n(Mg) ﹥1:4. SiO2与Mg反应生成的硅化物必定是Mg2Si，则还要生成MgO。SiO2 与Mg的混合物仅被加热1分钟后就剧烈反应，这说明反应放热。MgO 与Mg2Si的混合物中加入稀硫酸后生成的气态氢化物是SiH4, SiH4在空气中自燃的产物是SiO2和H2O

答案：（1）SiO2+4Mg = Mg2Si+2MgO;放热

     （2）SiH4

      (3) SiH4+2O2=SiO2+2H2O

【当堂检测】

一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)

1.科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是  (    )

A.自然界硅的贮量丰富

B．自然界中存在大量单质硅

C．高纯度的二氧化硅被用于制作计算机芯片 

D．光导纤维的主要成分是Si

2.二氧化硅是一种熔沸点很高的、硬度很大的氧化物，下列有关二氧化硅用途的说法不正确的是(    )

A.用于制作光学镜片     B．制造光导纤维 

C．制石英坩埚          D．与水直接反应制硅酸

3.玻璃的主要成分之一是二氧化硅，常温下，能跟二氧化硅反应的物质是(    )

A．纯碱溶液    B．浓硫酸    C．氢氟酸    D．浓硝酸

4.下列反应中属于氧化还原反应的是        (     )

A.Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑     B．PbO+H2SO4=PbSO4+H2O

C．Na2SiO3+6HF=Na2SiF6+3H2O       D．SiO2+4HF=SiF4+2 H2O

5.下列物质的主要成分不是SiO2的是

   A、水晶      B、石英        C、沙子    D、干冰 

6.制备硅单质时，主要化学反应如下：（1）SiO2＋2CSi＋2CO↑ (2)Si＋2Cl2SiCl4 （3）SiCl4＋2H2Si＋4HCl   

下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是   （    ）

A.（1）（3）为置换反应      B.（1）（2）（3）均为氧化还原反应

C.（2）为化合反应          D.三个反应的反应物中硅元素均被还原

7.下列试剂不能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的 (     )

A．浓硫酸          B．NaOH溶液         C．盐酸       D．硫酸铜溶液

8.生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2，要检验是否存在这两种杂质，最好选用 (    )

 A．水      B.盐酸      C.硫酸      D.烧碱

[参考答案]

1.A  2.D  3.C  4.A  5.D  6.D  7.B  8.B