硅的特点性质于应用.doc

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CO2SiO2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+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与CaO反应CO2+CaO=CaCO3SiO2+CaOCaSiO3与酸反应不反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O（二氧化硅的特性）弱氧化性C+ CO2=2COSiO2+2CSi+2CO与某些盐Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2（工业制玻璃）用 途人工降雨水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品SiO2是制光导纤维的重要原料较纯的石英用于制造石英玻璃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12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：H2CO3H2SiO3）。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（Na2OSiO2），高岭石Al2Si2O5(OH)4（Al2O32SiO22H2O）。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K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。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+O2SiO2。规律总结：硅与烧碱溶液反应的实质是：Si+3H2OH2SiO3+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（ ）焦炭 纯碱 碳酸钙 氢氟酸 浓硝酸 烧碱溶液 氧化钙 氮气A B C D【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DNaOH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】SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；Na2SiO3+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H2SiO3SiO2+H2O，则SiO2不能与水反应；Cu(OH)2CuO+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+H2OB向氢氧化钠溶液中通入过量CO2：CO2+2OH=CO32+H2OC向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H+SiO32=H2SiO3D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（ ）ANa2SiO3H2SiO3BSiO2Na2SiO3CH2SiO3SiO2 DSiO2H2SiO3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（ ）ACO2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+SiO2Na2SiO3+CO2DCO2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3SiO2CaOAl2O33H2OB镁橄榄石（Mg2SiO4），表示为MgOSiO2C钾云母（K2Al6Si6H4O24），表示为K2O2H2O3Al2O36SiO2D高岭石Al2(Si2O5)(OH)4，表示为Al2O32SiO22H2O【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CaOAl2O33SiO23H2O，B中化学计量数出现了，C正确的写法应为K2O3Al2O36SiO22H2O，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：KAlSi3O8_；Al2Si2O5(OH)4_。（2）上述反应能够发生的原因是_。答案与解析【答案】（1）K2OAl2O36SiO2 Al2O32SiO22H2O （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（ ）A7、2 B5、4 C6、3 D3、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(Al2Si3O103H2O) CaOAl2O33SiO23H2OB镁橄榄石Mg2SiO4 2MgOSiO2C正长石KAlSi3O8 K2OAl2O33SiO2D高岭石Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O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】Na2SiO3Si SiO2CaSiO3【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写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式_。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）SiHCl3+H2Si+3HCl SiHCl3+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）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。 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 CD3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（ ）。ACO2通入到水玻璃中可以得到硅酸BCO2与SiO2在物理性质上差别很大CSiO2与CaCl2溶液不反应，而CO2通入CaCl2溶液中可得到白色沉淀DCO2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BNa2SiO3C固体SO3D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+H2OB碳酸钠溶液中加入二氧化硅：CO32-+SiO2=SiO32-+CO2C二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2+2OH-=Na2SiO3+H2OD硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3+2OH-= SiO32-+2H2O7下列说法正确的是（ ）。A因为SiO2是H2SiO3的酸酐，故SiO2溶于水得H2SiO3BCO2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+SiO2Na2SiO3+CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强DSiO2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（ ）。AAg+、Al3+、K+ BSiO32、AlO2、K+CAg+、Cu2+、Na+ DAg+、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+3CSiC+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（ ）。A12 B21 C1lD351010 g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO20.1mol，则此样品中可能含有的杂质是（ ）。AKHCO3和MgCO3 BMgCO3和SiO2 CK2CO3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=HCO3BH2SiO3与NaOH溶液混合：2OH+H2SiO3=2H2O+SiO32C石英砂与烧碱反应制水玻璃：SiO2+2OH=SiO32+H2OD往水玻璃中通入二氧化碳：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+2Na+CO3212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CaCl2溶液Na2SiO3溶液 Ca(ClO)2溶液 饱和Na2CO3溶液最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）A B C D14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Mg2Si3O8nH2O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：HClH2CO3H2SiO3。（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DC反应的化学方程式：_。（4）写出ED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)+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si (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）反应的化学方程式是_（4）反应的化学方程式是_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1524）混合均匀，装入试管中加热大约1 min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的气态氢化物。（1）写出河沙与镁粉在加热条件下的化学方程式_，该反应是_（填“放热”或“吸热”）反应。（2）生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是_（填化学式）。（3）写出产生“爆炸声”的化学方程式：_。【答案与解析】一选择题1D解析硅酸受热会分解。2C解析几乎所有的岩石和矿物都含有硅酸盐或者二氧化硅，则硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，故正确；水泥、玻璃是硅酸盐产品，水晶的主要成分是二氧化硅，故错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，故错误；陶瓷的主要原料是黏土，则陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，故正确；故选：C。3C4C解析H2CO3的酸性较弱，故CO2与CaCl2溶液不反应。5D6D7B解析SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水制H2SiO3，A错；B中发生反应：CO2+H2O+Na2SiO3= Na2CO3+H2SiO3，H2SiO3在水中溶解度小，故得沉淀，B正确；C项为难挥发性酸酐制易挥发性酸酐，但不能证明硅酸的酸性比碳酸强，C错；D项中SiO2可与HF反应，故D错。8D解析加入盐酸产生沉淀，说明原溶液中至少含有银离子或硅酸根离子中的一种；滤液加入氨水产生沉淀，说明产生难溶于水的碱。9A解析本题中首先分析SiC中元素化合价：因为非金属性CSi，故在SiC中，C为4价，Si为+4价。在反应前后，硅元素化合价没变，氧化剂和还原剂均为C，且二者物质的量之比为12。10B解析 10 g CaCO3刚好相当于0.1 mol，完全反应时恰好可放出0.1 mol的CO2。若其中含有杂质，则应一个是产生CO2的能力强的（等质量的情况下产生比CaCO3更多的气体），另一个是产生CO2的能力不如CaCO3或不产生CO2的，符合该条件的只有B项。11D解析D项：Na+未参加反应（Na2SiO3应写成离子），应删去。12D解析石灰石溶于盐酸时有气体产生；SiO2可与NaOH溶液反应。13B解析 本题考查CO2及H2CO3的性质。中通入CO2不会产生白色沉淀；中通入CO2，发生反应：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3，当CO2过量时，Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，所以能得到白色沉淀H2SiO3；通入CO2，反应如下：Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClOCO2过量时，CaCO3+CO2+H2O= Ca(HCO3)2，所以也不会产生白色沉淀；中通入CO2，反应如下：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，由于原Na2CO3饱和，该反应生成NaHCO3的质量比Na2CO3质量大，同时消耗掉部分溶剂水，并且NaHCO3的溶解度比Na2CO3溶解度更小，所以会析出白色NaHCO3固体。所以答案应为B。14B二、填空题：12MgO3SiO2nH2O 2MgO3SiO2nH2O+4HCl=2MgCl2+3SiO2nH2O+2H2O解析若直接写Mg2Si3O8nH