31无机非金属材料的主角—硅(基础)知识讲解（基础） (1)

1、无机非金属材料的主角硅编稿：房鑫 审稿：曹玉婷【学习目标】1、掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，粗硅的制法；2、认识硅酸盐作为无机非金属材料的特性及其用途。【要点梳理】 要点一、二氧化硅【高清课堂：无机非金属材料的主角硅ID：395499#二氧化硅的性质探究】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=CaCO3

2、SiO2+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+Na2CO3 Na2SiO3+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、（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。要点二、硅酸（H2SiO3） 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=H2SiO

4、3+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（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

5、：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+

6、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。【典型例题】类型一、 SiO2的性质和用途例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

7、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。举一反三：【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、浓硫酸、高氯酸DNaOH溶液、KOH溶液、Na2SiO3溶液 【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

8、 D纯碱 【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】B类型二、 硅酸的性质和制备例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】

9、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。举一反三：【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】BD【变式2】下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（ ）ANa2SiO3H2SiO3BSiO2Na2SiO3CH2SiO3SiO

10、2 DSiO2H2SiO3【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】B类型三、 硅酸盐的性质及其表示方法例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（Mg2

11、SiO4），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

12、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。举一反三：【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】（1）K2O·Al2O3·6SiO2 Al2O3·2SiO2·2H2O （2）强酸制弱酸【变式2】高岭

13、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】B 利用化合价代数和为0类型四、单质硅例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

14、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。举一反三：【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】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】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

15、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】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： 石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯) 高纯硅 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