1、第一节 无机非金属材料的主角硅【本节学习要点】1了解硅在自然界中的存在，主要物理性质、用途2了解二氧化硅的存在，知道石英、水晶、硅石、玛瑙与 SiO2 的关系，了解 SiO2 的网状结构，掌握 SiO2 的化学性质。3了解硅酸的性质和制备4了解常见硅酸盐的性质和主要用途重难点一、二氧化硅和硅酸SiO2 与 CO2 的比较物质 SiO2 CO2晶体微粒Si 原子和O 原子(不存在SiO2 分子)CO2 分子熔点 高(1723) 低(57)沸点 高(2230) 低(79)硬度 大 小溶解性 不溶于水 常温微溶于水物理性质与水反应 不反应CO2H 2O = H2CO3(可逆)与 HF 酸反应4HFS
2、iO 2SiF42H 2O不反应与 NaOH 溶液SiO22NaOHNa2SiO3H 2OCO2NaOHNaHCO 3或 CO22NaOHNa 2CO3H 2O化学性质与盐反应SiO2Na 2CO3高温Na2SiO3CO 2SiO2CaCO 3 高温CaSiO3CO 2 (制玻CO2Na 2SiO3H 2OH2SiO3璃) Na 2CO3CO2Na 2CO3H 2O2NaHCO3与碱性氧化物反应CaOSiO 2 高温 CaSiO3CaOCO2CaCO3Na2OCO2Na2CO3与 C 反应SiO22C 高温=Si 2COCCO 2=2CO相同点 都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。都有
3、弱氧化性特别提醒 (1)SiO2 中硅元素为4 价，是 Si 元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与 C 在高温下反应。(2)SiO2 是酸性氧化物与水不反应，只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。(3)实验室中，盛放 Na2SiO3 溶液、 NaOH 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有 SiO2，与 NaOH 溶液反应生成 Na2SiO3，Na 2SiO3 溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。(4)Na2SiO3 溶液易与空气中的 CO2 反应生成 H2SiO3，故应密封保存。(5)因 HF 能腐蚀玻璃，所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸，也不能用
4、玻璃塞。氢氟酸可用于雕刻玻璃。重难点、酸盐和硅单质1硅的化学性质与制备(1)硅的化学性质常温下，除与 F2、HF 酸、强碱反应外，硅不与 O2、Cl 2、H 2SO4、HNO 3 等其他物质反应与 F2 反应：Si2F 2=SiF4与氢氟酸反应：Si4HF=SiF 42H 2与 NaOH 溶液反应：Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2加热时，Si 能与 O2、Cl 2 等反应SiO 2=高温 SiO2Si2Cl 2=高温,SiCl 4(2)硅的制备制取粗硅SiO22C 高温,Si 2CO粗硅的提纯：SiCl 2,SiCl4H2,SiHClSi2Cl 2 高温,SiCl 4，SiCl
5、42H 2 高温,Si 4HCl特别提醒 C 与 SiO2 反应，产物为 CO，而不是 CO2，粗硅先与 Cl2 反应，生成挥发性的 SiCl4，挥发出来的 SiCl4 再与 H2 反应生成 Si 和 HCl。2硅及其化合物的“特性”小结(1)硅的“特性”非金属单质一般为非导体(石墨能导电) ，硅的晶体是良好的半导体材料。Si 的还原性大于 C，但 C 能在高温下还原出 Si：SiO 2(石英砂)2C(焦炭)高温,Si(粗硅)2CO。非金属单质跟碱作用一般无 H2 放出，但 Si 能跟强碱溶液作用放出H2：Si2NaOHH 2O,Na2SiO32H 2。金属H 2金属氧化物 金属H 2O,单质
6、一般不跟非氧化性酸作用，但 Si 能跟 高 温 HF 作用：Si4HFSiF 42H 2。,(2)硅的化合物“特性 ”,酸性氧化物一般不与酸作用，但 SiO2 能与 HF 作用。,SiO 24HFSiF 42H 2O,SiO 2 是 H2SiO3 的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备 H2SiO3。,无机酸一般易溶于水，但 H2SiO3 难溶于水。,硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液，并不是碱。,H 2CO3 的酸性强于 H2SiO3，所以有 Na2SiO3CO 2H 2OH2SiO3Na 2CO3，但高温下，Na 2CO3SiO 2 高温,Na2SiO3CO 2也能发生。,3.
7、 硅酸盐的表示方法,方法和步骤,(1) 将硅酸盐中所有元素都写成氧化物,较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,(2)在各氧化物前添上未知数 x、y、z 等,(3)依据原子守恒列出等式，求出 x、y 、z 等,(4)x、y、z 的具体数值写在氧化物前面,(5)氧化物之间以“ ”隔开，若系数配置出现分数应化为整数。,例如：正长石KAlSi3O8 不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写成 K2OAl2O36SiO2。,特别提醒 ,(1)由于硅12 12酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形
8、式存在的。,(2)在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如 2MgOSiO2 表示 2 个 MgO 和 1 个 SiO2，不能认为是 2(MgOSiO2)。题型 1 硅及其化合物的应用【例 1】 下列表述正确的是( ) 人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐,提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料,夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛,太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A. B. C. D.解析 本
9、题主要考查学生对身边常见的化学制品的了解情况。侧重考查学生应用化学知识解释和解决身边化学问题的能力。人造刚玉主要成分为 Al2O3，错；玛瑙的主要成分是 SiO2；水泥主要成分是硅酸盐，正确；变色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物质 AgBr 等，并加入极少光敏化剂如 CuO 等制成，故错。答案 D变色眼镜的玻璃片中含有少量溴化银和微量的氧化铜(作催化剂) ，当玻璃受到阳光照射时，发生 2AgBr 光,CuO2AgBr 2 反应，而使玻璃由无色变成灰黑色，把玻璃放到暗处，又因发生 2AgBr 2CuO,2AgBr 反应，而使玻璃由灰黑色变成无色。在制造普通玻璃时常加入少量 Cu2O 可使
10、玻璃显红色。题型 2 硅酸盐组成表示方法【例 2】 高岭土的组成可表示为 Al2Si2Ox(OH)y，其中 x、y 的数值分别是( )A.7、2 B.5、4 C.6、3 D.3、6解析 本题涉及两个未知数 x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，因而要用不定方程的知识求解。,根据化合价规则，Al 为3 价，Si 为 4 价，O 为2 价，则有2(3)2( 4)x (2)y(1) 0，化简得 2xy14，将 A、B、C、D 中的 x、y 值代入，只有 B 项符合方程。答案 B考查硅酸盐的表达形式，一般利用化合物中化合价的代数和等于零的规则来列方程求解。解此类题时所列方程要正确。,题型 3 硅及其
11、化合物的转化关系,【例 3】 X、Y、Z、W 。 ,有如下图所示的转化关系：,(1)推断各、物质的名称：X_ ，Y_，Z_，W ,_。(2)写出化学方程式：WX ,(3)写出离子方程式：YZ ,XY_ 。解析 由 X 和 X 。,的转化条件分析，X 是硅，X 。,是二氧化硅，且这两种物质都能与NaOH 溶液反应，生成硅酸钠(Na 2SiO3)，SiO 2 又可以由硅酸加热分解制得，所以，推断正确。,答案 (1)硅 硅酸钠 硅酸 二氧化硅,(2)SiO 22C 高温,Si2CO,(3)SiO CO 2 H2OH2SiO3CO ,SiO22OH SiO H 2O, 。,B0001#。2523 23
12、 23善于根据特殊反应或特殊反应条件或特殊反应现象作出假设，然后以验证的形式进行判断，对于解答较隐蔽的推断题，是一种较好的策略。题型 4 硅酸盐【例 4】 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和 CO2 作用的过程。例如，钾长石(KAlSi 3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为2KAlSi3O82H 2CO35H 2O2K 2HCO 4H 2SiO3Al 2Si2O5(OH)4 3(1) 将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：,KAlSi 3O8_。,Al 2Si2O5(OH)4_。(2)这个反应能够发生的原因是
13、。,较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物非金属氧化物二氧化硅水。,则 KAlSi3O8 为 K2OAl2O36SiO2,Al2Si2O5(OH)4 为Al2O32SiO22H2O,(2)从方程式可知 H2CO3 制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。答案 (1)K 2OAl2O36SiO2,Al 2O32SiO22H2O,(2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸, 硅酸盐无论以何种形式表示，其组成及成分是固定不变的，即性质是不变的；硅酸盐用氧化物的形式表示时，必须遵循各元素化合价不变的原则。,1.下列说法不正确的是( )A.因 SiO2 不溶于水，故 H2SiO3 不是 SiO2
14、 对应的酸，或者 SiO2 不是 H2SiO3 对应的酸酐B.CO2 通入硅酸钠溶液可以得到硅酸沉淀C.SiO2 是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D.氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸答案 A解析 SiO 2 中 Si 呈4 价，H 2SiO3 中 Si 呈4 价，且 H2SiO3,SiO 2H 2O，SiO 2 是H2SiO3 的酸酐，故 A 项错误。2.实验室中固体试剂可以放在广口瓶中保存，液体试剂放在细口瓶中储存，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中。以下物质必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中的是( ),KOH 溶液 Na 2SiO3 溶液 盐酸 氢氟酸 澄清石
15、灰水 硝酸 NaOH 溶液A. B. C. D.答案 D3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A.晶体硅和金刚石的物理性质相似B.硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电答案 A解析 本题考查硅的性质。晶体硅的结构与金刚石相似，是具有空间立体网状结构的原子晶体，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的存在，主要以硅酸盐和二氧化硅的形
16、式存在于自然界中；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。4.将过量的 CO2 分别通入CaCl 2 溶液；Na 2SiO3 溶液；Ca(OH) 2 溶液；饱和 Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )A. B. C. D.答案 B解析 H 2CO3 的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO 2 通入 CaCl2 溶液无明显现象(弱酸不能制强酸 )；过量 CO2 通入 Na2SiO3 溶液中有白色沉淀 H2SiO3 生成；CO2 通入 Ca(OH)2 溶液至过量发生反应：Ca(OH)2CO 2CaCO3H 2O，CaCO
17、3H 2OCO 2Ca(HCO3)2，最终生成 Ca(HCO3)2 而无沉淀产生；过量 CO2 通入饱和 Na2CO3 溶液中： Na2CO3H 2OCO 22NaHCO3，生成的 NaHCO3 溶解度比 Na2CO3 溶解度小而结晶析出。5.在下图所示的物质相互转化关系中，A 是一种固体单质，E 是一种白色不溶于水的物质。据此填空。,(1)写出各物质的化学式：,A. 、B. 、C. 、E. 、,F._。,(2)D_。,与 a 溶液反应的离子方程式是 。,C 与过量 HNO3 反应的离子方程式是 。答案 (1)Si SiO 2 Na 2SiO3 H 2SiO3 H 2,(2)Si2OH H2O
18、=SiO 2H 2,SiO 2H = H2SiO3(或23 23SiO 2H H2OH4SiO4)23解析 A 是单质，则 B 是 A 的氧化物，E 是一种白色沉淀。由图中所给出的关系知，E、C 中均应含有 A 元素。加过量的 HNO3 能生成白色沉淀，中学阶段只有 H2SiO3(或H4SiO4)符合题意，因此，B 为 SiO2，A 为 Si，C 为 Na2SiO3，D 为 H2O，F 为 H2。6.某普通玻璃中，Na 2SiO3、CaSiO 3、SiO 2 的物质的量之比为 114，请回答下列问题：,(1)该玻璃如以 aNa2ObCaOmSiO2 表示其组成，则 ab m_。,(2)若要制备
19、 1 000 kg 上述玻璃需原料的质量分别是_，生产过程中产生_L CO2(标准状况)。,Na 2OSiO2，CaSiO 3Na 2OSiO2，CaSiO 3CaOSiO 2，则可得到：abm116。(2)制玻璃的原料是 Na2CO3、CaCO 3、SiO 2，由(1)可知玻璃的组成为 Na2OCaO6SiO2，根据原子守恒可以得到下列计算关系,Na 2OCaO6SiO2 Na2CO3 ,478 g 106 g,1 000 103 g m (Na2CO3),CaCO3 。,B6SiO 2 。,B2CO 2,100 g 。,660 g 。,2 22.4 L,m(CaCO3) 。, m(SiO2) 。, V(CO2),解得：m(Na 2CO3) 。,B , 。,221.810 3 g221.8 kg,m (CaCO3)106 g1 000103 g478 g 20910 3 g209 kg,m (SiO2)100 g1 000103 g478 g 753.110 3 g753.1 kg,V(CO 2)360 g1 000103 g478 g 9.3710 4 L,答案 (1)11 6,(2)Na 2CO3：221.8 44.8 L1 000103 g478 gkg；CaCO 3：209 kg；SiO 2：753.1 kg,9.3710 4
