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第二讲：硅及其化合物 高三化学 编号：351036 主编人：李 玏 审核：李 玏 班级 学簇 姓名 。 【学习目标】： 1.能描述单质硅和二氧化硅的晶体结构； 2.能叙述硅的物理和化学性质，尤其是化学性质的特殊性； 3.掌握二氧化硅的物理和化学性质； 4.记忆常见硅酸盐的俗名和化学式，能用氧化物形式表示常见的硅酸盐。 【知识框架】：
【知识要点】： 一、 硅 1.存在：地壳中含量仅次于氧，全部以 态的形式存在。 2.晶体结构： 型的空间网状结构，属于 晶体。 3.物理性质：晶体硅的熔沸点 ，硬度 ，可作 材料。 4.化学性质： （1）常温下，硅能与 溶液反应。硅与烧碱溶液反应的离子方程式为： 。 （2）加热时可与 等非金属反应，硅与氧气反应的方程式为： 。 5.工业制法： 化学方程式为： 。 6.用途： （1） ；（2）加入铁中制硅铁合金。 二、二氧化硅 1.晶体结构： 1个硅原子与4个氧原子形成4个 ；同时每个氧原子与 个硅原子结合，二氧化硅晶体由硅原子和氧原子按 的原子个数比组成 ，故SiO2晶体中不存在“SiO2”分子。 2.物理性质：熔沸点 ，硬度 ， 溶于水。 3.化学性质： （1）具有酸性氧化物的通性 ①与碱性氧化物CaO反应的化学方程式为： 。 ②与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为： 。 （2）与碳在高温下反应的方程式为： 。 （3）与氢氟酸反应的方程式为： 。 4.用途：制造 、光学仪器、玻璃原料和建筑材料。 三、硅酸和硅酸盐 1.硅酸（H2SiO3）原硅酸（H4SiO4） （1）弱酸性 向硅酸钠溶液中通入CO2，反应的离子方程式为： 。 （2）不稳定性 受热易分解，化学方程式为： 。 2.硅酸盐 （1）Na2SiO3 水溶液俗称 。 （2）所有的硅酸盐都可以用氧化物形式表示。先写较活泼金属的氧化物、再写较不活泼金属的氧化物、然后写硅的氧化物，最后写水，某元素的氧化物化学式有多个时，把数字写在此物质化学式的前面，两种氧化物之间用小圆点隔开。 Na2SiO3写成氧化物形式为：Na2O.SiO2。 Al2Si2O5（OH）4写成氧化物形式为： 。 四、重难点突破——硅及其化合物的特殊性 1.硅的还原性比碳强，但在高温下，碳能从二氧化碳中还原出硅。同时生成一氧化碳气体。这可从化学平衡的角度理解，由于产物CO为气体，它的放出降低了生成物的浓度，促使反应向正反应方向进行。与此反应相类似的还有金属钠置换钾。 写出这两个反应的方程式： ； 。 2.炭酸的酸性比硅酸强，在水溶液中可发生反应Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3 + Na2CO3 。但在高温下，可发生反应：SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2 SiO2 + Ca2CO3 === Ca2SiO3 + CO2 。这是因为反应不是在水溶液中发生的。在高温时，利用高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的气体CO2，生成的气体脱离了反应体系，使反应向正反应方向进行到底。与此反应相类似的还有：用磷酸和硝酸盐、氯化物反应制硝酸、盐酸。 写出这两个反应的方程式： ； 。 3.常温条件下，非金属单质一般不与强碱溶液反应，而硅单质可与强碱溶液反应生成氢气。原理同铝和强碱相似，硅先和水形成原硅酸和氢气，但此反应很微弱。当加入强碱后，强碱溶解原硅酸，促使反应征向移动，最终生成硅酸盐和氢气。 写出这两个反应的方程式： ； 。 4.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但硅能跟氢氟酸作用。方程式为： 。 5.非金属氧化物一般为分子晶体，但二氧化硅为原子晶体。 6.酸性氧化物一般不与酸作用，但二氧化硅能与氢氟酸作用。 7.无机酸一般易溶于水，但硅酸难溶于水。 8.硅酸钠的水溶液俗称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。 9.二氧化硅虽是硅酸的酸酐，但不能用SiO2和水反应制备硅酸，只能用可溶性硅酸盐溶液和酸反应制备。 10.二氧化硅是熔点最高的非金属氧化物，H2SiO3是常温下呈固态的酸。 【典例剖析】： 指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A——E选项中选择正确的答案填入括号内。 ①SiO2 + 2NaOH === Na2SiO3 + H2O ( ) ②SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2 ( ) ③SiO2 + 2C === Si + 2CO ( ) ④SiO2 + 3C === SiC + 2CO ( ) ⑤SiO2 + 4HF === SiF4 + 2H2O ( ) A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 B.氧化性 C.酸性氧化物的通性 D.将挥发性酸的酸酐从其盐中置换出来 E.未参加氧化还原反应 解析：本题全面考查SiO2的性质，将所给选项结合实际一一对应查找。A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸（HF）参与反应；B中强氧化性是指反应物SiO2中Si得电子，化合价降低；C中表现酸性氧化物的通性是指SiO2与碱反应；D是挥发性酸酐，应为CO2而不是CO。 答案：① ( C ) ② ( D ) ③ ( B ) ④ ( E ) ⑤ ( A ) 【实战演练】： （A级）1.2008年北京奥运奖牌——“金镶玉”奖牌中玉的化学成分多为含水钙镁硅酸盐，如Ca2Mg5Si8O22（OH）2，此硅酸盐用氧化物形式表示为：
（A级）2.在①浓硝酸；②水；③王水；④氢氟酸；⑤氢氧化钾溶液中，能与二氧化硅起化学反应的是（ ） A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
（B级）3.现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是（ ） ①SiO2---Na2SiO3 ②CuSO4---CuCl2 ③SiO2---H2SiO3 ④CuO---Cu(OH)2 ⑤Na2O2---NaOH A．①② B．③④ C．②③④ D．②③④⑤
（C级）4.（2008年高考广东卷）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。三氯甲硅烷（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：
① 写出由SiHCl3 制备高纯硅的化学方程式 ② 整个制备过程中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.碳化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承； C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维； D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高； E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅。 （3）硅酸钠水溶液俗称水玻璃，取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡，写出实验现象并给予解释 。
（C级）5.用SiHCl3与过量的H2反应制备纯硅的装置如图所示（热源及夹持装置略去）
①装置B中的试剂是 ，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 ； ②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： 。
（C级）6.某研究小组进行了“实验室制Si的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应；③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH4；④Si和SiO2均不与稀硫酸反应；⑤SiH4在空气中可自燃。 他们在研究报告中记载着：“......选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量......在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火化，其产率也只有预期值的63%左右。” （1）该小组“实验室制Si”的化学方程式是 。 （2）你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火化”的原因是 。
【学后反思】： |
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