1、第一节 无机非金属材料的主角 硅第二课时 硅酸盐和硅单质1知道硅酸钠的性质和用途。2.学会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。3.知道玻璃、水泥和陶瓷是硅酸盐制品以及生产它们的主要原料。4.知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途。知识点 硅酸盐学生预习区1硅酸盐的组成及性质2常见的硅酸盐Na 2SiO3实验探究硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称 水玻璃。1 硅酸钠是制备 硅胶和 木材防火剂等的原料。5 6 3三种常见的硅酸盐产品4其他特殊功能的含硅物质(1)碳化硅 俗称 金刚砂 具有 金刚石结构 硬度1 2 很大可作砂纸、砂轮的磨料。(2)硅钢 (含硅 4%)很高的导磁性作
2、变压器的铁芯。(3)硅橡胶 耐高温和低温作火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料。(4)分子筛 均匀微孔结构作 吸附剂和催化剂。3 实验室里如何保存硅酸钠溶液？如果敞口放置一段时间，溶液会出现什么现象？提示：硅酸钠溶液和空气中的二氧化碳反应生成硅酸，所以保存的时候应该隔绝空气，而且硅酸钠具有黏性，不能用玻璃塞，所以应保存在带橡胶塞的试剂瓶里；产生白色胶状沉淀，原因是发生反应Na2SiO3CO 2H 2O=H2SiO3Na 2CO3。教师点拨区1硅酸钠的化学性质(1)与盐酸反应Na2SiO32HCl= =H2SiO32NaCl。(2)与 CO2 反应Na2SiO3CO 2H 2O=H2SiO3Na 2
3、CO3。2硅酸盐氧化物形式的书写硅酸盐由于组成比较复杂，通常用氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：(1)顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水；氧化物之间以“”隔开。(2)原则：各元素原子总个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。例如：钠长石 NaAlSi3O8 不能写成 Na2O Al2O33SiO2，应写成12 12Na2OAl2O36SiO2。(3)各元素的化合价不能改变。对点即时练1用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( )A钙沸石Ca(Al 2Si3O10)3H2O，表示为Al2O3CaO3SiO23H2OB镁橄榄石(Mg 2SiO4)，表示为 MgO SiO
4、212C钾云母(K 2Al6Si6H4O24)，表示为 K2O2H2O3Al2O36SiO2D硅酸铜钡(BaCuSi 2O6)，表示为 BaOCuO2SiO2答案 D解析 A 项，Ca(Al 2Si3O10)3H2O 应改为CaOAl2O33SiO23H2O(排序错)；B 项， Mg2SiO4应改为2MgOSiO2(不能在系数中出现分数) ；C 项，K2Al6Si6H4O24应改为 K2O3Al2O36SiO22H2O(排序错) 。2矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和 CO2 同时作用的过程。例如长石(KAlSi 3O8)风化生成高岭土Al
5、 2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O8 2H2CO3 5H2O=2K 2HCO 4H 2SiO3Al 2Si 32O5(OH)4(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。KAlSi 3O8_。Al 2Si2O5(OH)4_。(2)上述反应能够发生的原因是_。答案 (1) K2OAl2O36SiO2 Al 2O32SiO22H2O (2)H 2CO3的酸性比 H2SiO3 强解析 (1) 将硅酸 盐化学式写成氧化物时，需将氧以外的元素写成同价态的氧化物，并按活动性顺序排列，用“ ”将它们连接起来，各种元素原子个数比符合原来的组成。(2)反应 属于酸与 盐发生的复分解反应
6、，能发生的原因是酸性：H2CO3H2SiO3。方法规律写成氧化物形式，是为了简化对硅酸盐组成的表示方法，实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的。知识点 硅单质学生预习区1种类及结构单质硅分为晶体硅和 无定形硅两类，晶体硅的结构与 金1 2 刚石类似。2性质(1)物理性质(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与 氢氟酸、5 强碱发生反应。6 3用途(1)半导体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光电池等。单质硅在常温下化学性质稳定，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？为什么？提示：不正确，硅属于亲氧元素，虽然在常温下稳定，但在漫长的地质年代中，硅元素和氧结合在一起，都以化合态存
7、在，主要以二氧化硅或硅酸盐的形式存在。教师点拨区1化学性质(1)常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。与 F2 反应： 2F2Si= =SiF4与 HF 反应： Si4HF= =SiF42H 2与 NaOH 溶液反应：Si2NaOH H 2O=Na2SiO32H 2(2)加热时能与氧气、氯气、碳等反应。与 O2 反应：SiO 2 SiO2= = = = = 与 Cl2 反应：Si2Cl 2 SiCl4= = = = = 与 C 反应：SiC SiC= = = = =高 温 2制取(1)粗硅的制取2CSiO 2 2COSi(粗硅)= = = = =高 温 (2)纯硅的制取Si(粗硅 )2Cl 2
8、SiCl4= = = = = SiCl42H 2 Si(纯硅)4HCl= = = = =高 温 对点即时练1下列关于硅的化学性质的叙述正确的是( )A常温下不和任何酸反应B常温下可和 NaOH 溶液反应C常温下可和 Cl2 反应生成 SiCl4D常温下可和 O2 反应生成 SiO2答案 B解析 硅在常温下化学性质不活泼，除与氟气、氢氟酸和强碱反应外，不与其他物质反应。在加热条件下，硅能与一些非金属反应，如 Si O2 SiO2。= = = = = 2下列说法正确的是( )A由 2CSiO 2 Si2CO，可知还原性：CSi= = = = =高 温 B硅与 NaOH、HF 都能反应，说明硅与铝相
9、似，都能与强酸、强碱反应生成 H2C硅是半导体，故可用于制光导纤维D每 1 mol 硅与足量 NaOH 溶液反应，转移 4NA 电子答案 D解析 碳的还原性大于硅，A 项错误；硅只与酸中的 HF 反应，B项错误；硅是半导体，常用于半导体材料、计算机芯片等，不能用于光导纤维，C 项错误；Si 2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2，化合价由硅的 0 价升高到4 价，即每 1 mol Si 与足量 NaOH 溶液反应，转移4 mol 电子， D 项正确。方法规律硅单质的特性(1)碳族元素的主要化合价一般是2、4 价，而硅常见的是4价。(2)碳在高温下能从 SiO2中还原出硅。(3)非金属 单质
10、 与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。(4)非金属 单质 一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且有 H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应)，Si 4HF=SiF42H 2。本课归纳总结1.硅酸钠水溶液俗称水玻璃，常用于制备黏合剂、防腐剂和耐火材料。2传统的无机非金属材料有水泥、玻璃和陶瓷。3硅以化合态存在于自然界中，常用作半导体材料和合金材料。4硅常温下能与 F2、 HF、NaOH 溶液反应，加热时能与O2、 Cl2 等反应。A 篇 知识对点训练 知识点 1 硅酸盐1下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )A水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐
11、蚀B在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料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，在空气中不易变质答案 D解析 由于 H2SiO3的酸性比碳酸要弱，故将水玻璃露置在空气中时，会发 生以下反应而变质：Na2SiO3CO 2H 2O=Na2CO3H 2SiO3 。2下列叙述正确的是( )ANa 2SiO3 是硅酸盐，所以不溶于水B电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐C建筑工业常用水玻璃作黏合剂D用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火答案 C解析 Na 2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水，Na 2SiO3能溶于水；浸泡银 幕主要是为
12、了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。3下列物质是纯净物的是( )A玻璃 B水泥 C纯碱 D水玻璃答案 C解析 玻璃、水泥均是多种硅酸盐的混合物，水玻璃是 Na2SiO3的水溶液，也是混合物；纯碱 Na2CO3是纯净物。4制取下列物质不需要用石灰石作原料的是( )A硅酸 B水泥 C玻璃 D生石灰答案 A解析 硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。5镁橄榄石(2MgOSiO 2)中阴离子是( )ASiO BSiO CSiO DSiO44 46 23 45答案 A解析 将镁橄榄石写成硅酸盐的形式，其化学式为 Mg2SiO4故阴离子为 SiO 。44知识点 2 硅单质6下列关于硅
13、的说法不正确的是 ( )A硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应答案 C解析 硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质稳定，常温下可与 F2、氢氟酸、强碱溶液等反应，加热和高温下可与 O2、Cl2等非金属反应。7下列有关硅的叙述中，正确的是( )A工业上通常以 SiO2 为原料，用氧化剂与其反应制备单质硅B硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离
14、态存在D硅元素在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在答案 D解析 工业上用还原剂 C 与 SiO2反应制备单质硅，A 错误；硅在地壳中含量居第二位，仅次于氧，B 错误；硅在自然界中以化合态存在，C 错误 。8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通信光缆、计算机芯片的主要成分是半导体材料硅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，没有被广泛使用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 晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体型的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；通信光缆的主要成分是 SiO2
15、；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。9在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是( )AF 2 B氢氟酸C KOH 溶液 DCl 2答案 D解析 硅化学性质稳定，只有在加热或高温下才能与 O2、Cl2等非金属单质反应。10用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：SiO 22C Si(粗)2CO= = = = =高 温 Si(粗 )2Cl 2 SiCl4= = = = = SiCl 42H 2 Si(纯)4HCl= = = = =高 温 下列关于上述反应的分析不正确的是( )A属于置换反应，属于化合反应B高温下焦炭与氢气的还原性均强于硅的C上述反应中，每消耗或生成 2
16、8 g 硅，均转移 4 mol 电子D高温下将石英、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅答案 D解析 选项 D，反应中把生成的易挥发的 SiCl4分离出来后再用氢气还原才可以得到高纯硅，错误。B 篇 综合提升训练11化学在生产生活和科学研究中具有重要的作用。下列说法正确的是( )硅石的主要成分是二氧化硅三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料太阳能电池采用硅材料制作，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能二氧化硅的熔点高，硬度大，可用来制造电子部件和光学器件水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品A B C D答案 A解析 硅石的主要成分是二氧化硅；水泥属于传统硅酸盐产品；太阳能电池的主要原
17、料是硅；水晶项链的主要成分是 SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；硅是半导体材料，可制造电子部件，二氧化硅光学性能优良，可制光学器件。综上所述， 选 A。12已知滑石粉的化学式为 Mg3Si4O10(OH)2，色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是( )A滑石粉属于无机硅酸盐类物质B滑石粉组成可表示为 3MgO4SiO2H2OC爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性D滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH 溶液发生反应答案 C解析 硅酸盐是由硅、氧元素与其他元素组成的一类无机物的总称，故滑石粉属于无机硅酸盐类物质，A 正确；可以将硅酸 盐改写成氧化物的形式，B 正确；爽身粉中添加滑石粉
18、，主要是利用它的滑爽、柔软、干燥的特点，与耐火性无关，C 错误；滑石粉中可能含有 SiO2，可以与氢氟酸、NaOH 溶液发生反应， D 正确。13 青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆” “色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜。近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi 2Ox，铜为2 价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( )A可用氧化物形式表示为 BaOCuO2SiO2B性质稳定，不易脱色C易溶解于强酸和强碱Dx 等于 6答案 C解析 “硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应；硅酸铜钡中 Ba 为
19、2 价，Cu 为2 价，Si 为4 价，则 x6。因此， A、B、D 均正确。14在半导体工业中有这样一句话：“从沙滩到用户” ，其中由粗硅制纯硅的常用方法为 Si(粗)2Cl 2 SiCl4 SiCl 42H 2= = = = = Si(纯) 4HCl。若在 25 101 kPa 条件下反应生成 HCl= = = = = 气体 49 L(注： 25 101 kPa 条件下气体摩尔体积为 24.5 Lmol1 )，则：(1)反应生成 HCl 气体的质量为_，两个反应共转移电子的个数为_。(2)反应生成的 HCl 气体溶于 127 mL 水中，得到密度为 1.20 gmL1 的盐酸，此盐酸的物质
20、的量浓度为_。(3)“从沙滩到用户”涉及多个反应，其中制取粗硅的反应方程式为_ _。纯净的石英与烧碱反应可以制得水玻璃，反应的离子方程式为_。答案 (1)73 g 4N A (2)12 molL1(3)SiO22C Si(粗) 2CO= = = = =高 温 SiO22OH =SiO H 2O23解析 (1)25 101 kPa 条件下气体摩尔体积为 24.5 Lmol1, 49 L HCl 气体的物质的量为 2 mol，其质量为 2 mol36.5 gmol1 73 g，两个反应 共转移电子个数为 4NA。(2)溶质质 量 为 73 g，水的质量为 127 g，所以溶液体积为 L，则盐酸的物
21、质的量浓度是 12 molL 1 。200 g1.20 gmL 1 16 2 mol16 L(3)制取粗硅是用碳还原二氧化硅，其方程式为 SiO22CSi(粗) 2CO，石英的主要成分是 SiO2，与烧碱反应制= = = = =高 温 取水玻璃，反应的离子方程式为 SiO22OH =SiO H 2O。2315晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅。粗硅与干燥的 Cl2 反应制得SiCl4：Si 2Cl2 SiCl4。= = = = = SiCl 4 被过量的 H2 在 10001100 时还原制得纯硅。某同学从资料中查知：SiCl 4 的熔点为70
22、 ，沸点为 57.6 ，其在潮湿的空气中能与水发生反应而变质。该同学设计了以下制取纯硅的实验装置(热源及夹持装置略去)。请回答下列问题：(1)为使 SiCl4 从装置 B 中逸出与氢气混合，应采取的措施是_。(2)盛放稀硫酸的仪器名称为_，装置 A 中发生反应的离子方程式为_。(3)装置 C 能否采用普通玻璃管？_(选填“能”或“不能”) ，原因是 _。(4)已知 SiCl4 在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢，为防止空气污染，含有 SiCl4 的尾气要通入盛有 _溶液的烧杯中。(5)为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度，还应对该装置进行的改进是_。答案 (1) 对装置 B 进行水浴加热(2)分液漏斗 Zn2H =Zn2 H 2(3)不能 在 10001100 时普通玻璃管会软化(4)NaOH(5)在装置 A 与装置 B 之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶(或盛有碱石灰的干燥管)解析 (1)SiCl 4的沸点较低(57.6 )，欲使其逸出 烧瓶与装置 C中的 H2反应，需对装置 B 进行水浴加热。(3)由于 H2与 SiCl4在 10001100 时反应制得纯硅，反应温度高，普通玻璃管在此温度下会软化，因此需要用石英管。(5)为了防止装置 A 中的水蒸气 进入装置 B 中，应在装置 A、B之间加一干燥装置。
