1、第一节 无机非金属材料的主角硅1了解 SiO2 的结构、性质和用途。 (重点)2了解硅酸的制备和化学性质。3了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。4了解硅的性质和用途。(重点)5了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。二氧化硅和硅酸基础初探教材整理 1 二氧化硅1硅元素的存在2二氧化硅(SiO 2)(1)存在SiO2 的存在形式有 结晶形和 无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。(2)结构SiO2 晶体是由 Si 和 O 按原子数之比为 12 的比例组成的 立体网状结构的晶体。每个硅原子周围结合 4 个 O 原子，每个 O 周围结合 2 个 Si 原子。(3)物理性质熔点高；硬度大；
2、溶解性：不溶于水。(4)化学性质(写出有关化学方程式)(5)用途沙子是基本的建筑材料。纯净的 SiO2 是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。石英和玛瑙制作饰物和工艺品。实验室中使用石英坩埚。教材整理 2 硅酸(H 2SiO3)1物理性质硅酸是一种难溶于水的白色胶状物。2化学性质(1)弱酸性向 Na2SiO3 溶液中通入 CO2，生成白色沉淀，反应的化学方程式为Na2SiO3CO 2H 2O=Na2CO3H 2SiO3。结论：H 2SiO3 酸性比 H2CO3 酸性弱。(2)不稳定性H2SiO3 不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为 H2SiO3H2OSiO 2。= = = =
3、= 3制备Na2SiO3 溶液中加入盐酸，反应的化学方程式为Na2SiO32HCl= =2NaClH 2SiO3(胶体)。4存在及用途(1)浓度小且边加边振荡时，形成硅酸溶胶(胶体) ；浓度大时，形成硅酸凝胶。(2)硅胶硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶” ，具有很强的吸水性，常用作干燥剂或催化剂的载体。探究升华思考探究探究 1 SiO 2 的主要性质及应用(1)为什么实验室盛放 NaOH 溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞？(玻璃的成分中含有 SiO2)【提示】 当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含 SiO2，磨砂玻璃遇到强碱如 NaOH 溶液时，
4、SiO2与 NaOH 反应生成Na2SiO3，使试剂瓶受腐蚀。Na 2SiO3溶液有良好的黏结性，它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。故使用橡胶塞而不能使用玻璃塞。(2)实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？为什么？写出反应方程式。【提示】 不能。因为氢氟酸腐蚀玻璃，和玻璃中的成分 SiO2反应。SiO24HF= =SiF42H 2O。(3)写出 SiO2、CO 2 与 CaO 反应的化学方程式。【提示】 SiO 2CaO CaSiO3、= = = = = CO2CaO= =CaCO3。探究 2 硅酸的制备实验探究实验操作实验现象滴加酚酞溶液后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有透明胶状物生成结论
5、Na2SiO3 溶液呈碱性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式为Na2SiO32HCl= =2NaClH 2SiO3(胶体)向 Na2SiO3 溶液中通入 CO2 气体，现象是_，其离子方程式为_，然后改加 NaOH 溶液，反应的离子方程式为_。【提示】 生成白色沉淀 SiO CO 2H 2O=H2SiO3CO 23 23H2SiO32OH =SiO 2H 2O23认知升华升华 1 SiO 2 和 CO2 的比较SiO2 CO2熔、沸点 高 低状态 无色晶体 气态与水反应 不反应 CO2 H2O H2CO3不同点与酸反应 只与氢氟酸反应 不反应与碱性氧化物反应CaOSiO 2 = = = = =高
6、温 CaSiO3CO2CaO= =CaCO3与碱反应 SiO22NaOH= =Na2SiO3H2OCO22NaOH= =Na2CO3H 2O与某些盐反应SiO2Na 2CO3= = = = =高 温 Na2SiO3CO 2SiO 2CaCO3 CaSiO3C= = = = =高 温 O2CO2H 2ONa 2CO3=2NaHCO3 CO2H 2ONa 2SiO3= H2SiO3Na 2CO3相同点与碳反应 SiO22C Si= = = = =高 温 2COCO2C = = = = = 2CO升华 2 硅酸的主要性质及应用(1)硅酸是中学化学中惟一一个不溶于水的酸，硅酸酸性很弱、不能使酸碱指示剂
7、变色。(2)实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。(3)硅酸的性质：具有酸性，酸性比碳酸弱；受热易分解。(4)硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时可形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到硅胶(或硅酸干凝胶)，具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化剂载体。题组冲关题组 1 SiO 2 的性质与应用1关于二氧化硅，下列叙述不正确的是( )A水晶的主要成分是二氧化硅B二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸D二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应【解析】 水晶的主要成分为 SiO2，A 项正确；CO 2是由分子构成的，而SiO2是 Si 和 O 按
8、12 组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别较大，B 项正确； SiO2不溶于水也不与水反应， C 项正确；SiO 2可以与氢氟酸反应，D 项错误。【答案】 D2下列说法不正确的是( ) 【导学号：95432065】A因 SiO2 不溶于水，故 SiO2 不是酸性氧化物B在反应 SiO22C Si2CO中 SiO2 作氧化剂= = = = =高 温 CSiO 2 是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸【解析】 A 项，SiO 2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧化物，错误；B 项，在该反应中 SiO2被 C 还原为 S
9、i，SiO 2作氧化剂，正确；C 项，由于 SiO2是一种空间立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确；D 项，SiO 2能与氢氟酸反应，故常用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。【答案】 A题组 2 H 2SiO3 的性质、制备与应用3下列关于硅酸的说法正确的是( )【导学号：95432066】A硅酸可以通过 SiO2 和水的化合反应直接制得B用反应 Na2SiO32HCl= =2NaClH 2SiO3制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质C因为硅酸难溶于水，所以它不能与 NaOH 溶液反应D硅胶可用作袋装食品的干燥剂【解析】 SiO 2不能与水反应生成硅酸， A 错误；B 中
10、反应是利用了强酸制弱酸的性质，B 错误；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C 错误。【答案】 D4碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( )ACO 2 溶于水形成碳酸，SiO 2 难溶于水BCO 2 通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C高温下 SiO2 与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成 CO2D氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀【解析】 根据强酸制弱酸的原理，CO 2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀，此项实验事实可证明碳酸的酸性比硅酸强。【答案】 B5为了进一步确认 HC
11、l、H 2CO3、H 2SiO3 的酸性强弱，有人设计用下图所示装置进行一次实验即可达到目的(不必再选用其他酸性溶液)。请回答：(1)A 中的化学反应方程式可能为_ 。(2)B 装置的作用是_。(3)C 中的现象有_，反应离子方程式为_。(4)根据实验，三种酸的强弱顺序为_，其依据为_。【答案】 (1)CaCO 32HCl= =CaCl2CO 2H 2O(2)除去 CO2 中的 HCl，防止 HCl 与 Na2SiO3 反应(3)产生白色胶状沉淀 CO 2H 2OSiO =H2SiO3(胶体)CO23 23(4)HClH2CO3H2SiO3 强酸制弱酸硅酸盐和硅单质基础初探教材整理 1 硅酸盐
12、1硅酸盐的组成与表示(1)定义：由硅 、氧和金属组成的化合物的总称。(2)性质：结构复杂，大多不溶于水，化学性质稳定。(3)表示：通常以二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如，Na 2SiO3：Na 2OSiO2。长石(KAlSi 3O8)：K 2OAl2O36SiO2。镁橄榄石(Mg 2SiO4)：2MgOSiO 2。【特别提醒】 以氧化物形式表示硅酸盐组成的方法1方法：找出组成元素 ；写出氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗漏。2氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。3氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置化学计量数，如果
13、出现分数，扩大倍数化为整数。4氧化物之间用“”隔开。2最简单的硅酸盐Na 2SiO33三种常见的硅酸盐产品无机非金属材料产品 原料 主要设备 主要成分水泥 石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙 2CaOSiO2硅酸三钙 3CaOSiO2铝酸三钙 3CaOAl2O3玻璃纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑 Na2OCaO6SiO2陶瓷 黏土 4其他含硅物质(1)SiC：俗称金刚砂，类似金刚石的结构和性能。(2)含 4%硅的硅钢具有导磁性，用作变压器铁芯。(3)硅橡胶：耐高温又耐低温。(4)人造分子筛：作吸附剂和催化剂。教材整理 2 硅单质1种类及结构单质硅分为晶体和无定形两种，晶体硅的结构与金刚石类似。2性质(
14、1)物理性质色、态 光泽 熔点 硬度 质地 导电性灰黑色固体光泽 金属 高 大 脆 半导体(2)化学性质在常温下化学性质不活泼，但能与氟气、HF、 NaOH 溶液发生反应。3用途(1)半导体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光电池等。【特别提醒】 硅单质性质的特殊性1一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅和金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3Si 的还原性大于 C，但单质 C 在高温下能从 SiO2中还原出Si： SiO22C Si2CO。= = = = =高 温 4非金属单质与碱反
15、应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且反应能放出氢气：Si 2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2。5非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si 4HF=SiF42H 2 。题组冲关题组 1 硅酸盐的组成、性质和应用1下列关于硅酸盐的说法中正确的是( )A硅酸盐都难溶于水BNa 2SiO3 是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂C硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的D硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅【解析】 A 项，Na 2SiO3可溶于水，错误；C 项，硅酸盐可用氧化物的形式表示，但不是由各种氧化物组成，
16、错误；D 项，所用原料可能不含硅，错误。【答案】 B2用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( ) 【导学号：95432067】A钙沸石Ca(Al 2Si3O10)3H2O，表示为 Al2O3CaO3SiO23H2OB镁橄榄石(Mg 2SiO4)，表示为 MgO SiO212C钾云母 (K2Al6Si6H4O24)，表示为 K2O2H2O3Al2O36SiO2D高岭石Al 2(Si2O5)(OH)4，表示为 Al2O32SiO22H2O【解析】 A 项，Ca(Al 2Si3O10)3H2O 应表示为 CaOAl2O33SiO23H2O(排序错) ； B 项，Mg 2SiO4应表示为 2M
17、gOSiO2(不能在系数中出现分数)；C 项，K2Al6Si6H4O24应表示为 K2O3Al2O36SiO22H2O(排序错 )。【答案】 D3下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是( ) 【导学号：95432068】A它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀B水玻璃是生产玻璃的主要原料之一C木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【解析】 水玻璃是硅酸钠的水溶液，A 错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，D 错误。【答案】 C题组 2 硅单质及其化合物的性质及综合应用4硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是( )A硅是人类将太阳能转换为电能的
18、常用材料B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应： Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2中，Si 为还原剂，NaOH和 H2O 为氧化剂D盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅【解析】 C 项只有 H2O 是氧化剂；D 项盐酸与 Si 不反应，氢氟酸才可。【答案】 A5下图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。其中，B 是一种单质，其余物质也都是含 B 元素的化合物。C 是一种钠盐，E 是 C 对应的酸，B的结构类似金刚石，D 为 B 的氧化物(其他不含 B 元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去)。请填写空白： 【导学号：95432069】(1)A、
19、D、E 的化学式分别为 _、_、_。(2)A 和 B 的相互转化在工业上有什么实际意义？_。(3)写出 DC 反应的化学方程式：_。(4)写出 ED 反应的化学方程式：_。【解析】 本题的突破口是：“B 是一种单质” ， “B 的结构类似金刚石” 。据此，容易推断出 B 是晶体硅。硅与氯气在加热条件下生成 SiCl4，因此，A为 SiCl4，SiCl 4可以被氢气还原得纯净的硅。根据 D 为 B 的氧化物且能转化成B(Si)，可知 D 为 SiO2，由此可知其他答案。【答案】 (1)SiCl 4 SiO 2 H 2SiO3(2)粗硅提纯(3)SiO22NaOH =Na2SiO3H 2O(4)H2SiO3 SiO2H 2O= = = = = 【题后归纳】 Si 的制备与提纯SiO2 粗 Si SiCl4 Si C 高 温 Cl2 H2
