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第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角硅学习目标导航1了解SiO2的结构、性质和用途。（重点）2了解硅酸的制备和化学性质。3. 了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。4了解硅的性质和用途。（重点）5.了解几种重要无机非金属材料的生产及用途nwr7二氧化硅和硅酸基础初探 教材整理1二氧化硅1. 硅元素的存在”在地壳中含fit仅次于葵以化合态存在,主要琏式垒二氧化硅和硅髓盐柱毗原子结构示翻换瘀其陳子既不易失去 也不易得到电子主要代含曲卜）价2. 二氧化硅（SiO2）存在SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1：2的比例组成的立体网状结构的晶体每个硅原子周围结合4个O原子，每个O周围结合2个Si原子（3）物理性质熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。（4）化学性质（写出有关化学方程式）筠生*不与水、一般的峨反应 与GlO反匱me , c応温 具眄祓性轧1- 忧當的性航SiOz+r.aOc.fiSiO.NSiOi+H粗世2比韓SiO2+2NeDH 特性苛畑晰应.SiQ3+4HFSiFJ+2H3O祇毗性如g lSsk2COt(5) 用途 沙子是基本的建筑材料 纯净的Si02是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维 石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 实验室中使用石英坩埚。教材整理2硅酸(H2SQ3)1. 物理性质硅酸是一种难溶于水的白色胶状物。2. 化学性质(1) 弱酸性向Na2SiO3溶液中通入C02，生成白色沉淀，反应的化学方程式为 Na2SiO3+C02 + H?O=Na2CO3+ H2SQ3 J。结论：H2SQ3酸性比H2CO3酸性弱。(2) 不稳定性H2SQ3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为 HSiO=H2O + SiO 203. 制备NazSiO3溶液中加入盐酸，反应的化学方程式为 NagSiOa+ 2HCl=2NaCl +H?SiO3 (胶体)o4. 存在及用途(1) 浓度小且边加边振荡时，形成硅酸溶胶(胶体)；浓度大时，形成硅酸凝 胶。硅胶硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有很强的吸水 性，常用作干燥剂或催化剂的载体。探究升华思考探究探究1 SiO2的主要性质及应用(1) 为什么实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞？(玻 璃的成分中含有SiO2)【提示】当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含SiO2,磨砂玻璃遇到强碱如 NaOH溶液时，SiO2与NaOH反应生成 Na2SiO3，使试剂瓶受腐蚀。Na2SiO3溶液有良好的黏结性，它易使瓶口与瓶塞黏 在一起而难以开启。故使用橡胶塞而不能使用玻璃塞。(2) 实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？为什么？写出反应方程式。【提示】不能。因为氢氟酸腐蚀玻璃，和玻璃中的成分 SiO2反应。SiO2+ 4HF=SiF4 T+ 2出0。(3) 写出SiO2、CO2与CaO反应的化学方程式。【提示】SiO2+ CaO=CaSiO3、CO2+ CaO=CaCQ。探究2硅酸的制备实验探究实验操作V1NaiSiOt实验现象滴加酚酞溶液后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有诱明胶状物生成结论NaSiO3溶液呈碱性：滴加稀盐酸后反应的化学方程式为Na?SiO3+ 2HCI=2NaCI + H?SiO3(胶体)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是 其离子方程式为 ，然后改加NaOH溶液，反应的离子方程式为 。【提示】生成白色沉淀 SiO2+ CO2+ H2O=H2SiO3 J+ CO3 H2SQ3+ 2OH - =SiO3- + 2H2O认知升华升华1 SiO2和CO2的比较SiO2CO2不熔、沸点高低同占八、状态尢色晶体气态与水反应不反应CO2 + H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应不反应相 同 占 八、与碱性氧化物反应咼温CaO+ SiO2CaSiO3CO2 + CaO=CaCQ与碱反应SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + 出。CO2+ 2NaOH=Na2CO3+ 出。与某些盐反应咼温SiO2+ Na2CO3咼温Na2SiO3 + CO2 T SiO2+ CaCO3CaSiO3+ CO2 TCO2+ H2O+ Na2CO3=2NaHCO3CO2+ H2O+ Na2SiO3=H2SQ3 J+ Na2CO3与碳反应咼温SiO2 + 2CSi+ 2COTCO2+ C2CO升华2硅酸的主要性质及应用(1) 硅酸是中学化学中惟个不溶于水的酸，硅酸酸性很弱、不能使酸碱指示剂变色。(2) 实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。(3) 硅酸的性质：具有酸性，酸性比碳酸弱；受热易分解。(4) 硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时可形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经 干燥脱水得到硅胶(或硅酸干凝胶)，具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化 剂载体。题组冲关| 题组1 SiO2的性质与应用1. 关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()A .水晶的主要成分是二氧化硅B. 二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C. 二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸D. 二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应【解析】水晶的主要成分为SiO2，A项正确；CO2是由分子构成的，而SiO2是Si和O按1 : 2组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别较 大，B项正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C项正确；SiO2可以与氢氟酸反应, D项错误。【答案】 D2 下列说法不正确的是（）【导学号：95432065】A .因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物咼温B .在反应 SiO2 + 2C=Si + 2CO T 中 SiO2作氧化剂C. SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D. 氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸【解析】 A项，SiO2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性 氧化物，错误；B项，在该反应中SiO2被C还原为Si，SiO2作氧化剂，正确； C项，由于SiO2是一种空间立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确； D 项，SiO2能与氢氟酸反应，故常用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸， 正确。【答案】A题组2 H2SiO3的性质、制备与应用3. 下列关于硅酸的说法正确的是（）【导学号：95432066A .硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得B. 用反应Na2SiO3+ 2HCI=2NaCI + H2SQ3 J制取硅酸是利用了可溶性酸 制难溶性酸的性质C. 因为硅酸难溶于水，所以它不能与 NaO H溶液反应D. 硅胶可用作袋装食品的干燥剂【解析】 SiO2不能与水反应生成硅酸，A错误；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错误；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错误。【答案】D4. 碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A. CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B. CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C. 高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成 CO2D. 氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中 生成沉淀【解析】根据强酸制弱酸的原理，CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀, 此项实验事实可证明碳酸的酸性比硅酸强。【答案】B5为了进一步确认HCI、H2CO3、H2SQ3的酸性强弱，有人设计用下图所 示装置进行一次实验即可达到目的(不必再选用其他酸性溶液)。请回答：(1) A中的化学反应方程式可能为 (2) B装置的作用是。(3) C中的现象有, 反应离子方程式为 。(4) 根据实验，三种酸的强弱顺序为其依据为【答案】(1)CaCO3 + 2HCI=CaCl2+ CO2 T+ H2O除去CO2中的HCI，防止HCI与Na2SiO3反应(3) 产生白色胶状沉淀CO2 + H2O + SiO2- =H2SiO3(胶体)+ CO2-(4) HCIH 2CO3H2SiO3 强酸制弱酸二硅酸盐和硅单质基础初探教材整理1硅酸盐1. 硅酸盐的组成与表示定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。(2) 性质：结构复杂，大多不溶于水，化学性质稳定。(3) 表示：通常以二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如， Na2SiO3： Na?O -SiO2o 长石(KAISi 3O8): KgO-AIgOs 6SiO?o 镁橄榄石(Mg2SiO4): 2MgO SiO? o【特别提醒】以氧化物形式表示硅酸盐组成的方法1方法：找出组成元素；写出氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗 漏。2氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。3氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子 个数守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，扩大倍数化为整数。(4氧化物之间用“ 隔开。2. 最简单的硅酸盐 一一Na2SiO3物理性质-*白色固体*易溶于水倦名泡花碱,水溶液俗称水玻璃M比学性质与酸(盐酸、碳酸等)反应，21生成硅酸凝胶冃叫能制备硅胶和木材防火剂3.三种常见的硅酸盐产品 无机非金属材料产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙 2CaO- SiO2 硅酸三钙3CaO- SiO2 铝酸三钙3CaOAI 2O3玻璃纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑Na2O-CaO-6SiO2陶瓷黏土4.其他含硅物质SiC:俗称金刚砂，类似金刚石的结构和性能。(2) 含4%硅的硅钢具有导磁性，用作变压器铁芯。(3) 硅橡胶：耐高温又耐低温。人造分子筛：作吸附剂和催化剂。教材整理2硅单质1. 种类及结构单质硅分为晶体和无定形两种，晶体硅的结构与金刚石类似2. 性质(1) 物理性质色、态光泽熔点硬度质地导电性灰黑色固体光泽金属高大脆半导体(2)化学性质在常温下化学性质不活泼，但能与氟气、HF、NaO H溶液发生反应3. 用途(1) 半导体材料，如硅芯片等。新型能源，如光电池等。【特别提醒】硅单质性质的特殊性1 一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅和金刚石 熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3 Si的还原性大于C,但单质C在高温下能从SiO2中还原出Si: SiO2+ 咼温2C=Si + 2COT。4非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且反应能放出氢气：Si + 2NaOH+ H2O=Na2SiO3+2H2 to5非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si +4HF=SiF41 + 2H2 to题组冲关题组1硅酸盐的组成、性质和应用1. 下列关于硅酸盐的说法中正确的是()A .硅酸盐都难溶于水B. Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂C. 硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组 成的D. 硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅【解析】A项，Na2SiO3可溶于水，错误；C项，硅酸盐可用氧化物的形式表示，但不是由各种氧化物组成，错误；D项，所用原料可能不含硅，错误。【答案】B2. 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是 ()【导学号：95432067】A .钙沸石Ca(AI 2Si3O1o) 3H2O，表示为 AI2O3 CaO 3SiO2 3H2O1B. 镁橄榄石(Mg2SiO4),表示为MgO?SiO2C .钾云母(K2AI 6Si6H4O24)，表示为 K2O -2H2O 3AI 2O3 6SQ2D.高岭石Al 2（Si2O5）（OH）4，表示为 AI2O3 2SiO2 2出0【解析】 A 项，Ca（AbSi30io） 3H2O 应表示为 CaO -Al 2O3 3SiO2 3H2O（排序 错）;B项，Mg2SiO4应表示为2MgO SiO2（不能在系数中出现分数）;C项， K2Al6Si6H4O24应表示为 K2O - 3AI2O3 6SiO2 2H2O（排序错）。【答案】D3下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是 （）【导学号：95432068】A .它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀B. 水玻璃是生产玻璃的主要原料之一C. 木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D. 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【解析】 水玻璃是硅酸钠的水溶液，A错误；水玻璃易与空气中的二氧化 碳反应，D错误。【答案】C| 题组2硅单质及其化合物的性质及综合应用4. 硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是（）.一A .硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料.B. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应-C. 反应：Si + 2NaOH + H2O=NseSiO3 + 2H2T 中，Si为还原剂，NaOH和 H2O为氧化剂D. 盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅【解析】C项只有H2O是氧化剂；D项盐酸与Si不反应，氢氟酸才可。【答案】A5. 下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：【导学号：95432069（1）A、D、E的化学式分别为 ?(2) A和B的相互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：【解析】本题的突破口是：“B是一种单质”，“B的结构类似金刚石”。据此，容易推断出B是晶体硅。硅与氯气在加热条件下生成SiCb，因此，A为SiCl4,SiCl4可以被氢气还原得纯净的硅。根据D为B的氧化物且能转化成B(Si)， 可知D为SiO2，由此可知其他答案。【答案】(1)SiCl4 SiO2 H2SQ3(2) 粗硅提纯(3) SiO2 + 2NaOH=Na?SiO3+ H2O(4) H2SiO3=SiO2 + H2O【题后归纳】Si的制备与提纯CCl2H2SiO2粗 Si SiCl4 Si咼温
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