5.3.2 硅、二氧化硅、新型陶瓷与纳米材料-【考点精准练】2022-2023学年高一化学同步精品讲义（人教版2019必修第二册）

5.3.2 硅、二氧化硅、新型陶瓷与纳米材料 核心素养发展目标 1、掌握硅元素在自然界中的存在形式，熟悉硅的化学性质及其用途 2、掌握二氧化硅的化学性质和用途，辨析二氧化硅和二氧化碳性质的差异性 ( 考点梳理 ) 考点1 硅 1、硅元素的存在 硅在地壳中的含量仅次于氧，为26.3%。硅是一种亲氧元素，在自然界仅以化合态的形式存在，主要以硅酸盐(如：地壳中的大多数矿物)和氧化物(如：水晶、玛瑙)的形式存在 2、硅的物理性质 晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 3、化学性质 硅的原子结构示意图为，最外层有4个电子，反应中既不容易得到电子，也不容易失去电子 (1)常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF(氢氟酸)、强碱(如NaOH)溶液反应 ①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4 ②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应 ①与O2反应：Si＋O2SiO2 ②与Cl2反应：Si＋2Cl2SiCl4 ③与C反应：Si＋CSiC 4、 单质硅的制备： 硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅 (1)单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段 ①用碳还原二氧化硅制备粗硅 SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ ②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅 Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 注意： ①粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2 ②粗硅中含碳等杂质，与氯气反应生成的SiCl4中也含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度的硅 (2)工业制备高纯硅的原理 工业制备高纯硅的原理示意图 涉及的主要化学反应 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋3HClSiHCl3＋H2 ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl 5、硅主要的用途 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及太阳能光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池；单质硅常用作半导体材料和合金材料 注意： (1)硅单质的特性 ①非金属单质一般不与非氧化性酸作用，但Si却能与氢氟酸作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ②非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力 ③Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 ④非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液反应放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (2)硅与NaOH溶液的反应本质 在硅与NaOH溶液的反应中，还原剂是硅，氧化剂是水，该反应可理解为分两步进行。首先，硅与水反应生成H2SiO3和H2：Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑；然后，H2SiO3与NaOH反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。当标电子转移的方向和数目时，应表示为： ( 即学即练 ) 1．下列物质与其对应的用途搭配不正确的是 A．高能燃料-火箭动力 B．石英砂-制造光导纤维 C．半导体硅晶片-制造计算机芯片 D．高强度耐火陶瓷-制造轮船 2．下列叙述错误的是 A．硅在自然界中主要以单质形式存在 B．硅是应用最为广泛的半导体材料 C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．二氧化硅可用于生产玻璃 3．下列关于碳和硅的比较，正确的是 A．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态 B．碳和硅的最高化合价都是+4价 C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位 D．硅与碳一样均含有两种常见价态的氧化物——和 4．硅谷是世界上最知名的电子工业集中地，以硅芯片的设计与制造著称于世。下列有关硅的说法正确的是 A．硅既不易失去电子又不易得到电子，所以既不能作氧化剂，又不能作还原剂 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离态的形式存在 D．在电子工业中，硅是最重要的半导体材料 5．制备硅单质时，主要化学反应如下： ①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)Si(粗硅)＋2CO↑ ②Si(粗硅)＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si(纯硅)＋4HCl 下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是 A．①③为置换反应 B．①②③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