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：    ①与强碱反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（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）    ②与氢氟酸反应[SiO2的特性]：SiO2＋4HF＝SiF4↑+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）    ③高温下与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO 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）    Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓     Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）    （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：3CaO·SiO2；硅酸二钙：2CaO·SiO2；铝酸三钙：3CaO·Al2O3；玻璃：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2    （4）氧化物表示形式：    硅酸钠： Na2O·SiO2    石棉：3MgO·CaO·4SiO2    长石：K2O·Al2O3·6SiO2    普通玻璃：CaO·Na2O·6SiO2    黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O    （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：    ①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应    Si＋2F2＝SiF4     Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑     Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑    ②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。

    Si＋O2 SiO2      Si＋2Cl2 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    SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑    Si(粗)＋2Cl2SiCl4    SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl    典例讲解    [例1] 下列说法不正确的是                                           （    ）    A．SiO2 与水反应可制取硅酸              B．CO2 通入水玻璃可以得到硅酸沉淀    C．SiO2 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：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3；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：CaSiO3＞CaCO3   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)=26g－17.2g=8.8g    n(CO2)=0.2mol，V(CO2)= 4.48L    CaCO3  ～  CO2    100g        1mol    20g         0.2mol    m(SiO2)=26g－20g=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                      （     ）     ①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ；②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ；③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ；④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料。

      A．①②                B．②③            C．①④                 D．③④    [解析]光导纤维的成分是SiO2，③错；陶瓷的成分是SiO2，而不属于硅酸盐，④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：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O，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：    ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅    ②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：    Si+3HClSiHCl3+H2    ③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃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①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）：    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                                                  。

    ③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              ④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）①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②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1 000～1 100℃，此温度下普通玻璃容易软化③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。

④铁与盐酸反应产生Fe2+，其检验方法常常采用先将Fe2+氧化为Fe3+然后再加入KSCN溶液看是否变红来检验     [答案] （1）SiO2+2CSi+2CO↑    （2）分馏（或蒸馏）    （3）①浓硫酸   使滴入烧瓶中的SiHCl3气化    ②有固体物质生成     在反应温度下，普通玻璃会软化    SiHCl3+H2 Si+3HCl    ③排尽装置中的空气    ④bd。