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硅
高三化学总复习·第一部分（必修1）
第四单元专题一无机非金属材料的主角——硅
整理：
刘立09.09
【知识网络】
【知识归纳】
一、碳和硅的单质
碳
硅
位置、原子结构示意图
第2周期第ⅣA族
第3周期第ⅣA族
物理性质
金刚石无色透明晶体，石墨灰黑色不透明层状物质
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。
硅和锗是重要的半导体材料
化学性质
在高温和点燃下有强还原性
2C+O22CO
C+O2CO2
3C+Fe2O3
2Fe+3CO↑
①加热条件下，能跟一些非金属单质起反应。
Si+O2
SiO2
②常温下，不能强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸（HF）和烧碱等物质反应。
Si+2F2==SiF4
Si+4HF==SiF4+2H2↑
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
碳
硅
工业制法
SiO2+2C
Si+2CO↑
（焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅）
粗硅提纯后，可以得到可用作半导体材料的高纯硅。
用途
作还原剂、吸附剂
①作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流器、计算机芯片和太阳能电池等；
②制合金：
含硅4%的钢具有良好的导磁性——变压器铁芯；
含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性——耐酸设备等。
二、碳和硅的氧化物
1、SiO2与CO2
物质
SiO2
CO2
氧化物类型
酸性氧化物
酸性氧化物
结构
空间网状原子晶体
分子晶体
俗称
水晶、玛瑙
干冰
物性
熔点高，硬度大
无色无味气体，熔点低，
硬度小
化
学
性
质
共性
与H2O反应
不反应，但仍是硅酸酸酐
生成H2CO3，是碳酸酸酐
与碱
反应
2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O
NaOH+CO2===NaHCO3
2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
（注意：
NaOH与CO2的量不同，则产物不同）
与碱性氧化物反应
SiO2
CO2
SiO2+CaO
CaSiO3
CO2+CaO==CaCO3
氧化性
SiO2+2C
Si+2CO↑（工业制硅）
C+
2CO
特性
与酸反应
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
常温溶于HF
（盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，应用塑料瓶）
不反应
用途
①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品
②SiO2是制光导纤维的重要原料
③较纯的石英用于制造石英玻璃
④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料
用于灭火、制造纯碱、小苏打、碳铵化肥，干冰作致冷剂等。
2、一氧化碳（CO）
（1）物理性质：
一氧化碳是无色、无嗅、难溶于水、可燃烧、有毒的气体。
（2）化学性质：
CO不能直接与酸、碱反应生成盐，所以CO为不成盐氧化物。
①可燃性：
燃烧时放出大量热
2CO+O2
2CO2（蓝色火焰）
②还原性：
CuO＋CO
Cu＋CO2
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2（高炉中反应）
（3）制法：
工业制法：
碳还原法:
CO2：
C＋CO2
2CO
水煤气法：
C+H2O（气）
CO+H2
（4）用途：
气体燃烧、冶金工业的还原剂及有机合成原料。
三、硅酸及硅酸盐
1、硅酸（H2SiO3）
硅酸（H2SiO3）是一种难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸还弱；
制备：
向Na2SiO3溶液中滴加盐酸，边加边强力振荡，得到硅酸溶胶，继续滴加盐酸，得到硅酸凝胶。
Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl
硅酸还能和碱发生反应
H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O
2、硅酸盐
定义：
由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
硅是自然界中含量最丰富的元素之一，它仅次于氧而居第二位。
硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多数不溶于水，化学性质稳定。
硅酸盐组成的表示：
通常用二氧化硅和金属氧化物的组成形式表示其组成。
例如：
硅酸钠：
Na2O·SiO2
石棉（Mg3CaSi4O12）CaO·3MgO·4SiO2
硅酸钠（Na2SiO3）
Na2SiO3水溶液称之为水玻璃或泡花碱。
①发生水解反应，水溶液呈碱性：
SiO32－+2H2O
H2SiO3＋2OH－
②与酸发生反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3
Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3（胶体）＋2NaCl
用途：
制备硅胶和木材防火剂的原料
四、硅酸盐工业
1、陶瓷工业
原料：
黏土
生产过程：
高温烧结
2、玻璃工业
（1）制普通玻璃的主要原料：
纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）和石英（SiO2）；
若制有色玻璃或特种玻璃还要加入一些其它有色的物质。
（2）生产玻璃的主要反应
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑，
（3）生产玻璃的主要设备—玻璃窑
3、水泥工业
（1）制水泥原料：
石灰石、粘土和适量石膏
（熟料中加入适量石膏，为的是调节水泥硬化速度）。
（2）制水泥主要设备：
水泥回转窑。
五、具有特殊功能的含硅物质
1、金刚砂（SiC）
砂纸、砂轮的磨料
2、硅钢
含硅4%的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯
3、硅橡胶
4、分子筛（铝硅酸盐）
【典型例题】
1、下列关于硅的说法不正确的是
A.硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，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起反应
D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应
2、熔融烧碱应选用的器皿是
A．石英坩埚 B．普通玻璃坩埚
C．生铁坩埚 D．陶瓷坩埚
3、将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③
溶液；④饱和Na2CO3溶液。
最终溶液中有白色沉淀析出的是
A.①②③④B.②④C.①②③D.②③
4、青石棉（cricidolite）是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为：
Na2Fe5Si8O22（OH）2，青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法正确的是
A．青石棉是一种易燃品且易溶于水
B．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：
Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
C．1molNa2Fe5Si8O22（OH）2与足量的硝酸作用，至少需消耗4L3mol/LHNO3溶液
D．1molNa2Fe5Si8O22（OH）2与足量氢氟酸作用，至少需消耗5.5L2mol/LHF溶液
5、能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．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
6、如下图，已知：
①单质E可作为半导体材料；②化合物F是不能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应。
据此，请填空：
（1）化合物F是___________。
（2）化合物I是___________。
（3）反应③的化学方程式是_____________。
（4）反应④的化学方程式是___________。
7、有一天然透明晶体A是高熔点，高硬度的物质，A在纯氧中不能燃烧，但在高温时既能和石灰石，又能和纯碱反应都放出气体B，A虽不能溶于强酸，但却能溶于氢氟酸，并生成气体C，A和烧碱溶液反应生成D的水溶液，当气体B通入溶液中，能生成不稳定的白色胶状沉淀，在干燥的空气中得到白色粉末E，E加热后重新生成A。
（1）试推断出A、B、C、D、E、F各是什么物质？
写出其化学式。
（2）写出有关反应的化学方程式。
【答案】
1、C2、C3、B4、B5、B
6、
（1）CO（一氧化碳）
（2）HF（氟化氢）
（3）2H2+O2
2H2O（4）2F2+2H2O
4HF+O2
7、
（1）ASiO2；BCO2；CSiF4；DNa2SiO3；EH2SiO3
（2）SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+2CO2↑
4HF+SiO2=SiF4↑＋2H2O
2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O；
Na2SiO3+CO2+2H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓
H2SiO3
SiO2+H2O
【随堂练习】
1、下列表述正确的是
①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
②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
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④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
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A.①②③ B.②④ C.③④⑤ D.③⑤
2、下列物质中，不含有硅酸盐的是
A.水玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D.普通水泥
3、目前，关于二氧化碳是否为大气污染物有不同的观点。
认为“二氧化碳不是大气污染物”的理由是
①二氧化碳是重要的化工原料
②二氧化碳是植物光合作用的必需原料
③二氧化碳是无色、无味、无毒的气体
④除二氧化碳外，甲烷、一氧化二氮也是温室气体
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
4、下列物质有固定熔点是
A.玻璃B.水泥
C.水玻璃D.Na2O·SiO2
5、下列各组物质间，不能发生反应的是
A．二氧化硅与氧化钙（高温）B．二氧化硅与氢氧化钠（常温）
C．二氧化硅与碳（高温）D．二氧化硅与浓HNO3（常温）
6、在①浓硝酸②水③盐酸④氢氟酸⑤氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅起化学反应的有
A.①②B.②④C.④⑤D.③④
7、生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2，检验它是否存在着两种杂质的最好试剂是
A.水B.盐酸C.硫酸D.烧碱溶液
8、下列不是水玻璃用途的是
A．肥皂填料B．木材防火剂C．纸板黏胶剂D．建筑装饰材料
9．下列不属于传统硅酸盐产品的是
A．玻璃B．水泥C．光导纤维D．陶瓷
10下列离子方程式，正确的是
A．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca2++2OH+CO2===CaCO3↓+H2O
B．碳酸钠溶液中加入二氧化硅：
CO32+SiO2==SiO32+CO2↑
C．二氧化硅与烧碱溶液反应：
SiO2+2OH===SiO32+H2O
D．硅酸与烧碱溶液中和：
H++OH===H2O
11、有下列几个变化：
（1）Na2CO3→Na2SiO3，
（2）CuSO4→CuCl2，
（3）SiO2→H2SiO3， （4）CuO→Cu（OH）2，
（5）Ca3（PO4）2→Ca（H2PO4）2，其中不可能通过一步反应能实现的
A．
（1）
（2）（5）B．
（2）（3）（4）（5）
C．（3）（4） D．
（2）（4）
12、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（BaCuSi2Ox,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BaO·CuO·2SiO2B.性质稳定，不易脱色
C.易溶解于强酸和强碱D.x等于6
13、硅单质及其化合物应用范围很广。
请回答下列问题：
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。
三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式____________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。
SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式______________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果____________________。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是__________________（填字母）。
A.碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B.氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
（3）硅酸钠水溶液俗称水玻璃。
取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡，试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气体生成。
利用化学方程式进行解释_______________________。
14、用所提供的试剂和方法除去混合物中的杂质（括号内为杂质）。
将所选答案的编号填入在表内相应的空格内（如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空）。
Ⅰ、可供选择的试剂：
A．盐酸B．氢氧化钠溶液C．氧气
D．水E．二氧化碳
Ⅱ、可选用的操作：
①水洗②加热③高温灼烧④过滤⑤结晶
【答案】
1、D2、B3、B4、D5、D6、C7、B8、A
9、C10、C11、C12、C
13、
（1）①SiHCl3+H2
Si+3HCl
②SiHCl3+3H2O
H2SiO3
+H2↑+3HCl↑
氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3
（2）BC
（3）Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，二者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解产生NH3。
14、
（1）B，④
（2）D，④，⑤（3）A，④
（4）A，④（5）③（6）②
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