无机非金属材料的主角——硅要点讲解.doc

无机非金属材料的主角硅要点讲解学点博览 1二氧化硅（SiO2） （1）SiO2的空间结构：立体网状结构，SiO2直接由原子构成，不存在单个SiO2分子。 （2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。 （3）化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应： 与强碱反应：SiO22NaOHNa2SiO3H2O（生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，应用橡皮塞）。 与氢氟酸反应SiO2的特性：SiO24HFSiF4+2H2O（利用此反应，氢氟酸能刻蚀玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶）。 高温下与碱性氧化物反应：SiO2CaO CaSiO3 （4）用途：光导纤维、玛瑙饰物、石英坩埚、水晶镜片、石英钟、仪器轴承、玻璃和建筑材料等。 2硅酸（H2SiO3） （1）物理性质：不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，吸附水分能力强。 （2）化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，其酸酐为SiO2，但SiO2不溶于水，故不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：（强酸制弱酸原理） Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3 Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3H2CO3） （3）用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。 3硅酸盐 （1）硅酸钠：水溶液俗称水玻璃，可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。 （2）粘土：化学成分主要是：Al2Si2O5(OH)4，土壤胶体一般带负电荷，具有保肥能力。 （3）水泥：硅酸三钙：3CaOSiO2；硅酸二钙：2CaOSiO2；铝酸三钙：3CaOAl2O3；玻璃：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。 （4）氧化物表示形式： 硅酸钠： Na2OSiO2 石棉：3MgOCaO4SiO2 长石：K2OAl2O36SiO2 普通玻璃：CaONa2O6SiO2 黏土：Al2O32SiO22H2O （5）新型陶瓷：结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷。 4硅单质 (1)物理性质：熔、沸点高，硬度大，半导体。 （2）化学性质： 常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。 Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2 在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。 SiO2 SiO2 Si2Cl2 SiCl4 （3）用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等。 （4）硅的制备：工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅。 SiO22CSi(粗)2CO Si(粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(纯)4HCl 典例讲解 例1 下列说法不正确的是 （ ） ASiO2 与水反应可制取硅酸 BCO2 通入水玻璃可以得到硅酸沉淀 CSiO2 是一种空间立体网状结构的晶体 D氢氟酸能够刻蚀玻璃 解析 本题主要考查硅的化合物的有关性质和结构等。SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与水反应制取硅酸，故A选项不正确；硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的，B选项发生的反应为：Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3；C选项有关SiO2 结构的描述是正确的；D选项发生的反应为：4HF SiO2 SiF4 2H2O。 答案 A 例2 把26g含有SiO2和CaCO3固体在高温下加热至质量不再改变，冷却后称重为17.2g。 （1）写出有关的化学反应方程式 （2）求生成CO2的体积（标况） （3）求原混合物中所含SiO2的质量。 解析（1）SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 CaCO3 CaO+CO2 从上述反应也可比较出两种盐的热稳定性：CaSiO3CaCO3 在此高温条件下，CaCO3不会过剩，故前后固体质量减少值即为CO2质量。 m(CO2)=26g17.2g=8.8g n(CO2)=0.2mol，V(CO2)= 4.48L CaCO3 CO2 100g 1mol 20g 0.2mol m(SiO2)=26g20g=6g 答案 （1）SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2；CaCO3 CaO+CO2 （2）4.48L （3）6g 例3下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是 （ ） 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ；水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ；高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ；陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料。 A B C D 解析光导纤维的成分是SiO2，错；陶瓷的成分是SiO2，而不属于硅酸盐，错。故A项正确。 答案 A 例4下列物质不能用玻璃器皿贮存的是 （ ） A氯化钠 B氢氟酸 C浓硫酸 D硝酸铵 解析本题主要考查玻璃的成分及有关物质的性质等。普通玻璃是硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）和二氧化硅（SiO2）等熔合而得到的物质，氢氟酸遇二氧化硅易发生如下反应：SiO24HFSiF42H2O，故玻璃瓶不能盛放氢氟酸，氢氟酸通常盛放在塑料瓶中；氯化钠、浓硫酸和硝酸铵跟玻璃都不反应，可以用玻璃器皿贮存。 答案B 例5 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HCl气体反应制得SiHCl3： Si+3HClSiHCl3+H2 SiHCl3与过量H2在10001100反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题： （1）第步制备粗硅的化学反应方程式为 。 （2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0）中含有少量SiCl4（沸点57.6)和HCl（沸点84.7），提纯SiHCl3采用的方法为 。 （3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）： 装置B中的试剂是 。 装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 。 反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ， 装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ， 装置D中发生反应的化学方程式为 。 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，控制好反应温度以及 。 为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是 （填写字母代号）。 a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 解析（1）根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2+2CSi+2CO； （2）因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行； （3）因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 0001 100，此温度下普通玻璃容易软化。因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。铁与盐酸