硅的特点性质于应用.docx

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硅的特点性质于应用

无机非金属材料的主角—硅

要点一、二氧化硅

　　1．二氧化碳与二氧化硅性质比较

CO2

SiO2

存　　在

空气

硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等

物理性质

熔、沸点低，溶于水

熔点高，硬度大，不溶于水

类别

酸性氧化物

酸性氧化物

化

学

性

质

与水反应

CO2+H2O=H2CO3

不反应

与NaOH反应

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

与CaO反应

CO2+CaO=CaCO3

SiO2+CaO

 CaSiO3

与酸反应

不反应

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（二氧化硅的特性）

弱氧化性

C+CO2 =2CO

SiO2+2C

Si+2CO↑

与某些盐

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

SiO2+Na2CO3 

Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑

（工业制玻璃）

用途

人工降雨

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

　　要点诠释：

（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

（2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。

　　（3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中

　　2．二氧化硅的用途

　　常被用作石英表中的压电材料，高性能的现代通讯材料——光导纤维。

　　3．二氧化硅的结构特点

　　在SiO2晶体中，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合。

实际上，SiO2晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。

由结

构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。

要点二、硅酸

　　1．硅酸的性质

　　硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。

硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。

　　硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。

如：

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。

　　硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiO2和H2O。

　　2．硅酸的制取

　　由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。

　　Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl，

　　Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：

H2CO3＞H2SiO3）。

要点三、硅酸盐

　　1．硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。

一般不溶于水，稳定性高。

它是构成岩石和土壤的主要成分，硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常用氧化物的形式来表示其组成。

例如：

硅酸钠Na2SiO3（Na2O·SiO2），高岭石Al2Si2O5（OH）4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。

　　书写顺序为：

活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

　　注意事项：

（1）氧化物之间以“·”隔开；

（2）计量数配置出现分数应化为整数。

　　例如：

钾长石KAlSi3O8不能写成

K2O·

Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。

　　2．常用的硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。

　　3．无机非金属材料。

（1）传统无机非金属材料：

陶瓷、玻璃、水泥。

（2）新型无机非金属材料：

高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。

要点四、硅的单质

　　1．硅的化学性质。

　　在常温下，硅的化学性质不活泼。

不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等反应。

但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。

（1）硅和氟气反应：

Si+2F2=SiF4。

（2）硅和氢氟酸反应：

Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。

　　（3）硅和氢氧化钠溶液反应：

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。

　　（4）硅在氧气中加热：

Si+O2

SiO2。

　　规律总结：

硅与烧碱溶液反应的实质是：

　　Si+3H2O

H2SiO3+2H2↑，

　　H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。

　　从分步反应看，起氧化作用的只是H2O，而NaOH既不是氧化剂又不是还原剂，仅为反应物。

其电子转移情况为：

　　2．硅的工业制法。

　　3．晶体硅的用途。

　　用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。

类型一、二氧化硅的性质和用途

　　1、在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（　）

　　①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤浓硝酸　⑥烧碱溶液　⑦氧化钙　⑧氮气

　　A．③⑤⑦⑧　　　　B．⑤⑦⑧　　　　C．⑤⑧　　　　D．⑤

　【答案】C

　　【解析】SiO2作为酸性氧化物，可与强碱和碱性氧化物反应，在常温下SiO2可与氢氟酸反应，在加热时SiO2可被焦炭还原，可与碳酸钙、纯碱反应。

　　【总结升华】二氧化硅的化学性质很稳定，常温下只与氢氟酸、强碱溶液反应，在加热条件下可体现二氧化硅酸性氧化物的通性。

　【变式1】不能用磨口玻璃塞的试剂瓶贮存的一组物质是（　）

　　A．溴水、氯水、碘水

　　B．氢溴酸、盐酸、氢硫酸

　　C．浓硝酸、浓硝酸、高氯酸

　　D．NaOH溶液、KOH溶液、Na2SiO3溶液

答案与解析

　　【答案】D

【变式2】赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而成的。

这种物质是（　）

　　A．盐酸　　　　B．氢氟酸　　　　C．烧碱　　　　D．纯碱

答案与解析

　　【答案】B

【变式3】地壳中含量位于第一、二位的元素之间形成的化合物不具有的性质是（　　）。

　　A．常温下与苛性钠反应　　　　　　　B．常温下与水反应

　　C．常温下与氢氟酸反应　　　　　　　D．高温下与氧化钙反应

答案与解析

　　【答案】B

【变式4】下列关于二氧化硅的叙述不正确的是（　　）。

　　A．二氧化硅晶体是由SiO2分子构成的，它的熔点高、硬度大

　　B．不可用石英坩埚熔融烧碱

　　C．二氧化硅可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维

　　D．二氧化硅能溶于氢氟酸中，这是由它的晶体结构决定的

答案与解析

　　【答案】AD

　　【解析】在SiO2晶体中只存在Si、O两种原子，而没有SiO2分子；石英的主要成分是SiO2，它能与烧碱反应，故不能用石英坩埚熔融烧碱；SiO2可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维：

二氧化硅之所以能溶于氢氟酸是因为二者反应生成了SiF4气体和H2O，这与它的晶体结构无关。

类型二、硅酸的性质和制备

　2、写出以SiO2为原料制备H2SiO3的化学反应方程式________。

　　【答案】

　　①SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；

　　②Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓（或Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓）

　　【解析】SiO2难溶于水，不能与水发生反应，这样就只能先用SiO2与其他物质作用生成硅酸盐，再根据硅酸是弱酸，用硅酸盐与酸作用来制备硅酸。

　　【总结升华】一般来说，受热易分解的酸或碱，其对应的氧化物不能与水反应。

如H2SiO3

SiO2+H2O，则SiO2不能与水反应；Cu（OH）2 

CuO+H2O，则CuO不能与水反应。

【变式1】下列离子方程式不正确的是（　　）。

　　A．石英与烧碱溶液反应：

SiO2+2OH－=SiO32－+H2O

　　B．向氢氧化钠溶液中通入过量CO2：

CO2+2OH－=CO32－+H2O

　　C．向硅酸钠溶液中加入盐酸：

2H++SiO32－=H2SiO3↓

　　D．向碳酸钙上滴稀硝酸：

CO32－+2H+=H2O+CO2↑

答案与解析

　　【答案】BD

【变式2】下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（　）

　　A．Na2SiO3→H2SiO3　　　　　　　　B．SiO2→Na2SiO3

　　C．H2SiO3→SiO2　　　　　　　　　D．SiO2→H2SiO3

答案与解析

　　【答案】D

【变式3】下列过程中，生成物的化学成分相同的是（　）

（1）纯碱晶体置于空气中，会生成白色粉末状物质

（2）盛澄清石灰水的烧杯内壁内附着白色物质

　　（3）生石灰久置于空气中，会生成白色固体物质

　　（4）Na2SiO3的水溶液置于敞口容器中，溶液中出现白色浑浊

　　A．

（1）（4）　　　　B．

（2）（3）　　　　C．

（1）

（2）　　　　D．（3）（4）

答案与解析

　　【答案】B

【变式4】能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验事实是（　）

　　A．CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成

　　B．干冰（CO2）是由分子组成的，而SiO2是由原子直接组成的

　　C．高温下能发生反应：

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

　　D．CO2溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水

答案与解析

　　【答案】A

　　【解析】A中反应方程为Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3，符合强酸制弱酸的规律，可证明碳酸比硅酸酸性强；B中是CO2和SiO晶体结构的对比，D中是CO2和SiO2溶解性的对比，都不能证明碳酸酸性比硅酸强；C中说明高温下硅酸盐比碳酸盐稳定，也不能证明碳酸比硅酸酸性强。

类型三、硅酸盐的性质及其表示方法

　　3、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（Al2Si3O10）·3H2O]，表示为3SiO2·CaO·Al2O3·3H2O

　　B．镁橄榄石（Mg2SiO4），表示为MgO·

SiO2

　　C．钾云母（K2Al6Si6H4O24），表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2

　　D．高岭石[Al2（Si2O5）（OH）4]，表示为Al2O3·2SiO2·2H2O

　　【答案】D

　　【解析】根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中Al2O3和SiO2的排列顺序有误，正确写法为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O，B中化学计量数出现了

，C正确的写法应为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O，D的写法完全符合上述要求

　　【总结升华】硅酸盐表示成氧化物形式按以下顺序：

活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水

【变式1】正长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土[Al2S2O5（OH）4]时反应的离子方程式为：

　　2KAlSi3O8+2H2CO3+5H2O=2K++2H2CO3+4H2SiO3+Al2Si2O5（OH）4

（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：

　　①KAlSi3O8____________；

　　②Al2Si2O5（OH）4____________。

（2）上述反应能够发生的原因是____________。

答案与解析

　　【答案】

（1）①K2O·Al2O3·6SiO2　　②Al2O3·2SiO2·2H2O

（2）强酸制弱酸

【变式2】高岭土是制造瓷器的主要原料，其组成可以表示为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

答案与解析

　　【答案】B

【变式3】用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是（　）

　　A．钙沸石[Ca（Al2Si3O10·3H2O）]　CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O

　　B．镁橄榄石[Mg2SiO4]2MgO·SiO2

　　C．正长石[KAlSi3O8]K2O·Al2O3·3SiO2

　　D．高岭石[Al2（Si2O5）（OH）4]　Al2O3·2SiO2·2H2O

答案与解析

　　【答案】C

类型四、单质硅

　　4、下列关于硅的说法不正确的是（　）

　　A．硅是非金属，但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体

　　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、氯气等非金属反应

　　【答案】C

　　【解析】硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体，A正确；硅是良好的半导体材料，B正确；硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应，C错误；在加热时，硅与氧气、氯气等反应，D正确。

　　【总结升华】要注意归纳硅的特殊性质：

硅的化学性质稳定，常温下可与氟气、烧碱溶液发生；在加热条件下，硅能与氧气、氯气等非金属反应。

【变式1】可以用来做半导体材料的是（　）

　　A．二氧化硅　　　　B．粗硅　　　　C．高纯硅　　　　D．硅酸盐

答案与解析

　　【答案】C

【变式2】硅在太阳能发电过程中具有重要作用，有关硅的说法中不正确的是（　）

　　A．硅的化学性质稳定，常温下不与酸、碱反应

　　B．自然界中硅贮量丰富，易于开采

　　C．高纯度的硅可被用于制造计算机芯片

　　D．自然界中硅主要以二氧化硅的形式存在，SiO2是光导纤维的主要成分

答案与解析

　　【答案】A

【变式3】有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应：

（1）C与烧碱反应生成A和水；

（2）A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D；

　　（3）B在空气中燃烧生成C；

　　（4）C在高温下与碳反应生成单质B。

　　根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：

A________，B________，C________，D________。

答案与解析

　　【答案】Na2SiO3 　　Si　　SiO2 　　CaSiO3

　【变式4】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。

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，可能引起的后果是________。

（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．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维

　　C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高

　　D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

答案与解析

　　【答案】

（1）①SiHCl3+H2

Si+3HCl

　　　　②SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑

　　　　　氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3　　

（2）B

　　【解析】

（1）①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。

　　　　②写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H2，并配平。

（2）A项水泥的成分是硅酸盐；B项回忆课本硅的化合物用途可知，说法正确。

C项玻璃是混合物没有固定熔点，熔点不高；D项盐酸和硅不反应。

巩固练习

一．选择题（每小题只有1个选项符合题意）

　　1．下列物质的用途（括号内为用途）错误的是（　　）。

　　A．硅（半导体材料）　　　　　　　　B．二氧化硅（制光导纤维）

　　C．水玻璃（黏合剂）　　　　　　　　D．硅酸（作耐火材料）

　　2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是

　　①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素

　　②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品

　　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维

　　④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

　　A．①②　　　　　　B．②③　　　　　　C．①④　　　　　　D．③④

　　3．除去SiO2固体中混有的CaCO3固体，方法正确的是（　）

　　A．加水过滤　　　　　　　　B．加热

　　C．加盐酸后过滤　　　　　　D．加NaOH溶液后过滤

　　4．下列关于CO2和SiO2性质的说法中，不正确的是（　　）。

　　A．CO2通入到水玻璃中可以得到硅酸

　　B．CO2与SiO2在物理性质上差别很大

　　C．SiO2与CaCl2溶液不反应，而CO2通入CaCl2溶液中可得到白色沉淀

　　D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应

　　5．下列物质中，没有固定熔沸点的是（　　）

　　A．石英　　　　　B．Na2SiO3　　　　　　C．固体SO3　　　　　D．玻璃

6．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- =Na2 SiO3+H2O

　　D．硅酸与烧碱溶液中和：

H2SiO3　 +2OH- =SiO32-+2H2O

7．下列说法正确的是（　　）。

　　A．因为SiO2是H2SiO3的酸酐，故SiO2溶于水得H2SiO3

　　B．CO2通入水玻璃（Na2SiO3的水溶液）中可以得到硅酸沉淀

　　C．因为高温时发生反应：

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强

　　D．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

8．某溶液中加入过量盐酸有沉淀产生，过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生，下列溶液中不符合此条件的是（　　）。

　　A．Ag+、Al3+、K+　　　　　　　　　　　B．SiO32－、AlO2－、K+

　　C．Ag+、Cu2+、Na+　　　　　　　　　　D．Ag+、Ba2+、Na+

9．工业上制造高温结构陶瓷碳化硅（SiC）的化学方程式为SiO2+3C

SiC+2CO↑。

在这个氧化还原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是（　　）。

　　A．1∶2　　　　　　B．2∶1　　　　　　　C．1∶l　　　　　　D．3∶5

10．10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO2 0.1mol，则此样品中可能含有的杂质是（　　）。

　　A．KHCO3和MgCO3　　　B．MgCO3和SiO2　　　C．K2CO3和SiO2　　　D．无法确定

11．下列离子方程式书写不正确的是（　　）。

　　A．往NaOH溶液中通入过量CO2：

CO2+OH－=HCO3－

　　B．H2SiO3与NaOH溶液混合：

2OH－+H2SiO3=2H2O+SiO32－

　　C．石英砂与烧碱反应制水玻璃：

SiO2+2OH－=SiO32－+H2O

　　D．往水玻璃中通入二氧化碳：

Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+2Na++CO32－

12．证明生石灰中既混有石英又混有石灰石的正确方法是（　　）。

　　A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出

　　B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解

　　C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成

　　D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解

13．将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液②Na2SiO3溶液　③Ca（ClO）2溶液　④饱和Na2CO3溶液　　最终溶液中有白色沉淀析出的是（　）

　　A．①②③④　　　　　　B．②④　　　　　　　C．①②③　　　　　　D．②③

14．在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料（　　）

　　A．纯碱　　　　　　　B．石灰石　　　　　　　C．石英　　　　　　　D．黏土

二、填空题：

　　1．三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。

把三硅酸镁Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为________，它中和胃酸（HCl）的化学方程式是________。

　　2.下表中括号内的物质是杂质，试将除杂试剂和分离方法填入表中：

混合物

SiO2（CaCO3）

SiO2 （Fe2O3）

SiO2 （NaCl）

SiO2（Si）

Si（Al）

NaHCO3（Na2SiO3）

除杂试剂

分离方法

　　3.设计实验证明酸性强弱顺序：

HCl＞H2CO3＞H2SiO3。

（1）写出实验原理的化学反应方程式________________。

（2）设计本实验所依据的化学原理是________________。

　　（3）实验中必须用到的药品有________________，所需的实验仪器有________________。

　　4．右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：

（1）A、D、E的化学式分别为________、________、________。

（2）A和B的互相转化在工业上有什么实际意义？

　　（3）写出D→C反应的化学方程式：

________________。

　　（4）写出E→D反应的化学方程式：

________________。

　　5．在自然界中，不存在硅单质，它一般是通过硅的氧化物（SiO2）来提取。

对制得的粗硅可用以下方法提纯：

　　Si（粗）+2Cl2

SiCl4　SiCl4+2H2

Si（纯）+4HCl

（1）写出工业制粗硅的化学方程式________，该反应的类型为_______反应，其中焦炭的作用是_______。

（2）粗硅提纯的两个反应的反应类型分别为________反应，________反应。

　　（3）SiCl4是一种液体，沸点较低，若从含有粗硅的SiCl4的混合体系中，提取出纯净的SiCl4的方法是___，该实验方法中所用到的玻璃仪器有______。

　　（4）在得到纯硅的反应中，参加反应的SiCl4是气体状态，请回答这样提纯的好处____________。

　　6．已知CO和H2的混合气体称为水煤气，可由碳与水蒸气在高温下反应生成。

如下图：

　　已知：

单质E可作为半导体材料，化合物F是有毒的氧化物，C为液态。

据此，请填空：

（1）氧化物A是____________

（2）化合物F是____________

　　（3）反应②的化学方程式是____________

　　（4）反应③的化学方程式是____________

　　7．把河沙（主要成分是SiO2）跟镁粉按一定质量比（质量比大约为15∶24）混合均匀，装入试管中加热大约1min后停止加热，发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。

待生成混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃