二氧化硅的性质和用途.docVIP

二氧化硅的性质和用途重难点归纳近几年来，高考化学试题中多次考查碳族元素中金刚石、石墨、干冰、晶体硅、晶体二氧化硅的结构。在学习过程中，要通过书本中给出的结构，构建三维立体结构。同时，近几年来较注重考查碳的化合物的性质，在学习过程中要联系生产、生活实际。1、在本单元学习中，要用元素周期律知识，通过元素非金属性、金属性的递变规律，学习碳族元素性质。2、要注意区分元素的金属性和金属活动性的区别。元素的金属性和金属活动性有本质区别，它们之间无必然联系。如：从元素周期表的位置看，铅的金属性比锡强，但从金属活动性看，锡比铅强。3、碳族元素的常见化合价为+2和+4价，一般高价比低价稳定，但铅的低价（+2）比高价（+4）稳定。4、硅在常温下稳定，但能与氢氟酸和热碱反应。Si + 4HF = SiF4 + 2H2； Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2硅的这种特性在各级考试中经常出现。5、金刚石、晶体硅、晶体SiO2均属于原子晶体。其中，前两种的C、Si原子分别是周围四个C、Si原子的四面体中心，后者的Si原子是周围四个O原子的四面体中心。6、硅酸盐结构复杂，习惯上用氧化物表示。结构上，Si原子是Si、O四面体的中心。一、知识提要1二氧化硅的存在在自然界中，二氧化硅在地壳中广泛存在，主要存在硅石、石英、硅藻、水晶、沙子里，以结晶形和无定形两种形态广泛存在自然界里。无色透明的六棱柱形、末端具有六面角锥的晶体，叫水晶；普通的黄沙是含铁化合物的石英，石英也是花岗石、片麻石等的组分之一。硅藻土是一种无定形态的二氧化硅，它是死亡的硅藻和其他微小生物的遗体，经沉积胶结成为多孔、质轻、松软的固体物质，表面积很大，吸附能力很强。2二氧化硅的结构、物理性质和化学性质： 二氧化硅的结构：晶体二氧化硅是硅原子和氧原子以共价键形成立体网状的晶体，晶体中不存在单个的二氧化硅分子，二氧化硅的硅原子处于正四面体的中心，分别以共价单键跟处于正四面体顶角的4个氧原子结合形成SiO4正四面体，Si-O键在空间重复，形成体型“大分子”。晶体中，最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，共12个原子，硅氧原子个数比为1:2，所以组成最简式为SiO2，晶体中不存在单个的分子。 物理性质：二氧化硅晶体是一种坚硬、有脆性、不导电、难熔（熔点1710）也难溶于水的无色固体。化学性质：二氧化硅是硅酸的酸酐，但其不能与水反应生成硅酸。由于硅氧键较牢固，化学性质十分稳定。是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的一些性质，如在高温下能与碱性氧化物、碱、纯碱等起反应而生成硅酸盐；二氧化硅不与一般的酸反应，有较好的抗酸性，但能被氢氟酸腐蚀，所以人们常用氢氟酸来雕刻玻璃；能被强还原剂（碳）在高温下还原得粗硅。有关反应如下：SiO2+4HF= SiF4+2H2OSiO2+2NaOH= Na2SiO3+2H2O SiO2+Ca（OH）2=CaSiO3+H2O高温SiO2+CaO = CaSiO3高温高温SiO2+2C = Si+2CO高温SiO2+ Na2CO3 = Na2SiO3+CO2高温SiO2+ CaCO3= CaSiO3+ CO2SiO2+ Na2SO3= Na2SiO3+SO23二氧化硅的用途：用作光导纤维、光学玻璃、光学仪器、高级化学仪器、钟表、石英坩埚、玛瑙饰品、建筑材料等。硅藻可以作为吸附剂和催化剂的载体以及保温材料。二、疑难问答1为什么实验室中盛碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？氢氟酸保存时应注意什么？答：玻璃中含二氧化硅，碱液能与二氧化硅反应而不与橡皮作用；不用玻璃瓶或玻璃塞，用塑料瓶。2“二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与强碱反应，所以二氧化硅有两性”。这句话对吗？答：不对。二氧化硅与氢氟酸反应是其特性，且反应产物也不是盐和水，它不与其它酸反应，只是酸性氧化物，与所有强碱都能反应生成盐和水。3 碳和硅同组族，二氧化碳与二氧化硅的组成相似，二者有何异同？ 答：如下表 项目二氧化碳二氧化硅化学式CO2SiO2存 在空气硅石、硅藻、石英物理性质硬度、密度小大熔点低，气体高、难熔固体溶解性能溶于水不溶于水 稳定性比较二氧化硅比二氧化碳稳定类型都是酸性氧化物，对应酸的酸酐化学性质1、与水反应可逆反应不反应2、与酸反应不反应只与氢氟酸反应3、与碱（NaOH）反应都反应4、与碱性氧化物（CaO）都反应5、与盐反应与更弱的酸的盐反应高温下与某些挥发性酸的盐反应4硅酸盐通常可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，用氧化物的形式表示硅酸盐时应注意什么？答：用氧化物的形式表示硅酸盐时应注意：元素化合价不变；原子个数比不变；氧化物系数配置为最简整数；按活泼“金属氧化物较不活泼金属氧化物二氧化硅水”的顺序写，中间用间隔号隔开。5将下列盐表示成氧化物的形式。Mg2SiO4 KAlSi3O8 Al2(Si2O5)(OH)4 Pb2PbO4 K3PO4 KH2PO4 NaNO3 Na2CO3 三、典型例题例1 若发现114号新元素X，它的最外层有4个电子,下列有关叙述正确的是（ ）A有稳定的气态氢化物XH4 BX的最高正价氧化物化学式为XO2CX为非金属元素DX的低价氧化物是酸性氧化物解析 由同主族元素性质递变规律，同主族元素的氢化物的稳定性依次减弱，金属性依次增强，氧化物、氢氧化物的碱性依次增强，所以A、C、D错，由同主族元素性质相似性，他们的最高正价都是+4价，故选B。ACDEFBa溶液 过量盐酸例2 在下列物质的转化关系中， A是一种固体物质，E是一种白色沉淀。据此填写：B的化学式是 ， B在固态时属于 晶体。B和a溶液反应的离子方程式是 A和a溶液反应的离子方程式 解析 根据C和过量盐酸反应生成白色沉淀E，所以E为不溶性的酸，在常见的酸中，不溶性的酸只有H4SiO4（或H2SiO4），所以E为原硅酸，B为SiO2、D为H2O 、A为单质硅，B为SiO2。例3 石英砂和焦炭在高温电炉中，可以合成金刚砂（SiC），金刚砂硬度很大，工业上用作磨料。生产金刚砂的过程中可能发生的反应方程式为 ， 金刚砂的结构类似于 ，熔点比 低，比 高（选以下选项字母填空）A金刚石 B石墨 C晶体硅 D SiO2随着碳和SiO2物质的量配比的变化，固体产物和残留反应物的成分也相应变化，填写下表n（C）/n（SiO2）Si、SiO22Si、SiC3高温高温解析 碳和SiO2物质的量配比的变化，固体产物和残留反应物的成分也相应变化。反应有：2C+SiO2 =Si+2CO，3C+SiO2=SiC+2CO；金刚砂的结构类似于金刚石或晶体硅，熔点比金刚石、石墨低，比晶体硅、二氧化硅高（与原子半径有关）；当n（C）/n（SiO2）2时，固体产物和