2025届高三化学一轮复习 硅及其化合物：王者“硅”来 课件

2022.09 硅及其化合物—王者“硅”来 1 硅及其化合物—王者“硅”来 彰显取材溯源 聚焦时代主题 2021年7月16日，国际新材料产业大会在安徽蚌埠隆重举行，大会紧扣“新材料·新动能·新生活”。其中包括硅基新材料、生物基新材料等前沿技术成果亮相了本次大会。 关注科技进步与发展 硅基新材料是以工业硅、有机硅、多晶硅为主及其衍生物的第一代新材料。包括工业硅、硅粉、有机硅、多晶硅、硅片等。 2 彰显取材溯源 聚焦时代主题 二氧化硅能解决产品因吸潮受压形成的结块，同时具有吸附作用，是一种优良的流动促进剂。用于蛋粉、奶粉、速溶咖啡和食用香料等粉末食品中。 关注人类健康与养生 硅分布于人体关节软骨与结缔组织中，维持骨骼、结缔组织正常生长。 硅及其化合物—王者“硅”来 3 彰显取材溯源 聚焦时代主题 生产与生活中的硅 4 彰显取材溯源 聚焦时代主题 生产与生活中的硅 现代社会的生活是离不开多种多样的电子设备的，这些电子设备能够运行也离不开半导体材料。能够成为半导体材料的物质是超纯硅，这是一种硅的单质。 有机硅材料是典型的半无机半有机高分子材料，具有独特的耐高低温、耐氧、耐光和耐气候老化等性能，因此被广泛应用于飞机结构件镙接、电阻器、无线电电子设备的表面密封等。 硅及其化合物—王者“硅”来 5 了解化学历史 致敬人类智慧 在2021年全国高考乙卷中出现了“Liebig”，简单的字符背后隐藏着一位伟大的德国化学家——李比希，他被称为“有机化学之父”。关于硅，你认识他们吗？ 硅及其化合物—王者“硅”来 6 了解化学历史 致敬人类智慧 2009年诺贝尔物理学奖授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟（左）以及美国两位科学家威拉德·博伊尔（中）和乔治·史密斯（右）。 华人之光闪耀世界通信舞台 硅及其化合物—王者“硅”来 7 价电子排布图 最外层电子数均为4，常见化合价为＋4价。 C与Si原子结构及晶胞类型 基态Si： ， 简写为 ， 价电子排布式为 价电子排布图 1s22s22p63s23p2 3s23p2 [Ne]3s23p2 基态碳原子电子排布图 基态C： ， 简写为 ， 价电子排布式为 1s22s22p2 2s22p2 [Ne]2s22p2 8 C位于第二周期ⅣA族，属p区； Si位于第三周期ⅣA族，属p区； C、Si在周期表中的位置、半径、电离能、电负性 原子半径逐渐增大 元素金属性逐渐增强 单质还原性逐渐增强 第一电离能逐渐减弱 电负性逐渐减弱 C→Pb，原子半径、金属性、电离能、电负性等如何变化？ 助力思考 9 C、Si的物理性质 亲氧、 亲氟 10 石墨、金刚石、硅单质结构及晶胞类型 石墨 石墨烯 金刚石或单晶硅 （混合晶体） （共价晶体） 单晶硅与金刚石晶体结构相似。每个C/Si原子都被相邻的4个C/Si原子包围，形成正四面体结构。 1 mol金刚石/石墨中含有___mol C-C键？ 2 1.5 C、Si的化学性质 常温下，化学性质不活泼，加热条件下常作还原剂。 (类似金属置换水) (类似金属性质) C、Si的化学性质 常温下，化学性质不活泼，只能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应。 (类似铝与碱反应) (类似金属置换酸) 硅的制备 Si的还原性强于C，但该反应中C却能还原SiO2生成Si，请从平衡移动的角度分析该反应为何能进行？ 工业上用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅。 CO是气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。 原理： 提纯： 14 4. （2022·安徽黄山模拟）“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂（主要成分为SiO2）制取高纯硅涉及的主要反应流程如下。下列说法中错误的是（　B　） A. 反应①②③均为置换反应 B. SiO2可用来生产光导纤维和太阳能电池 C. X为CO D. 流程中HCl和H2可以循环利用 B 课前8min 15 CO2、SiO2的结构 SiO2晶体与金刚石晶体、单晶硅结构相似。每个Si原子被相邻的4个O原子包围，形成正四面体结构。 SiO2晶体中每个硅原子与__个氧原子成键？ 1 mol晶体SiO2中含有___mol Si－O？ SiO2晶体中每个氧原子与__个硅原子成键？ 4 2 4 （共价晶体） 二氧化碳晶胞是由CO2分子构成，距离每个CO2分子最近的CO2分子有12个。 （分子晶体） 16 CO2、SiO2的物理性质及用途 CO2、SiO2的化学性质 特性：一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸。但SiO2不溶于水，也不与水反应，所以不能用此方法制硅酸。 特性：一般情况，非金属氧化物不与酸反应。但玻璃中的二氧化硅同氢氟酸反应，生成了SiF4气体和水。 （刻蚀玻璃） 某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物，是否正确？ CO2、SiO2的化学性质 （制玻璃） （硅酸） 硅酸、碳酸的性质 物理性质：硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水。 两者都是弱酸，酸性：H2SiO3<H2CO3, 硅酸不能使指示剂变色。 酸性： 受热均分解生成对应的氧化物和水，H2SiO3>H2CO3 稳定性： 制备： 碳酸：CO2+H2O=H2CO3或用较强酸制备 硅酸：只能用较强酸来制备 20 硅酸的用途 硅酸凝胶具有强的吸附性，可用来作吸潮干燥剂、催化剂，或用作其他催化剂的载体。 21 传统无机非金属材料之玻璃 生产原料： 石英、纯碱、石灰石 主要设备： 玻璃熔炉（高温熔融） 无机非金属材料 成分： Na2SiO3、CaSiO3和SiO2的混合物 传统无机非金属材料之水泥 生产原料： 黏土、石灰石、石膏 主要设备： 水泥回转窑（高温煅烧） 成分： CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3的混合物 传统无机非金属材料之陶瓷 以天然黏土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得，性质稳定。 22 新型无机非金属材料 新型无机非金属材料包括新型陶瓷、人工晶体、无机涂层、无机纤维等，其中常见的新型陶瓷有高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。 无机非金属材料 高温结构陶瓷：氮化硅（Si3N4）陶瓷、 碳化硅（SiC）陶瓷、 氧化铝（Al2O3）陶瓷等 23 正四面体 化合态 正四面体 高 大 小 高 金刚石 石墨 半导体 C＋2CuOeq \o(======,\s\up14(高温))2Cu＋CO2↑ C＋CO2eq \o(======,\s\up14(高温))2CO C＋H2O(g)eq \o(======,\s\up14(高温)) CO＋H2 C＋2H2SO4(浓)eq \o(======,\s\up14(△)) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 2C＋O2eq \o(======,\s\up14(点燃))2CO C＋O2eq \o(======,\s\up14(点燃))CO2 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ Si＋2Cl2eq \o(=====,\s\up7(△))SiCl4 Si＋Ceq \o(=====,\s\up7(高温))SiC (2)硅单质的化学性质——还原性 ①与非金属反应：______________________； ②与氢氟酸反应：__________________________； ③与NaOH溶液反应：__________________________________。 Si＋O2eq \o(======,\s\up14(△))SiO2 Si(粗)＋2Cl2eq \o(======,\s\up14(△))SiCl4 SiCl4＋2H2eq \o(======,\s\up14(高温))Si(纯)＋4HCl 2C＋SiO2Si(粗)＋2CO↑ 大 高 低 二氧化硅 二氧化碳 类别 均为酸性氧化物 结构 由氧、硅原子构成__________结构 由CO2分子构成 晶体类型 共价晶体 分子晶体 物理性质 硬度___，熔、沸点___，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点___，常温下为气体，微溶于水 用途 光导纤维，石英制光学仪器、水晶、玛瑙可作饰品。 空间网状 ＋2H2O SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O 橡胶 CO2＋ 2NaOH ===Na2CO3 CO2＋NaOH=== NaHCO3 ＋H2O 二氧化硅 二氧化碳 化 学 性 质 与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应： ____________________ __________ 不反应 与碱 (NaOH) 反应 ____________________ _______________ (盛碱液的试剂瓶用______塞) CO2少量：________ _________________________； CO2过量：___________________________ SiO2＋4HF===SiF4↑ Na2SiO3＋CO2↑ Na2SiO3 ＋H2O＋CO2(不足)=== H2SiO3↓＋Na2CO3 SiO2＋CaOeq \o(======,\s\up14 (高温)) CaSiO3 Na2O＋CO2 ===Na2CO3 二氧化硅 二氧化碳 化 学 性 质 与盐反应 如与Na2CO3反应： ____________________ _________________ 如与Na2SiO3反应：_______ _____________________________________________或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 与碱性氧 化物反应 如与CaO反应： ________ 如与Na2O反应：___________ ____________ SiO2＋Na2CO3eq \o(======,\s\up14 (高温)) Na2SiO3 ＋H2O＋CO2(不足)=== H2SiO3↓＋Na2CO3 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ $$