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1、第一节 无机非金属材料主角硅1了解二氧化硅的结构，掌握二氧化硅的化学性质。2了解硅酸的制法。3了解硅酸盐以及硅酸盐材料。4了解硅单质的性质和用途。5认识硅及其化合物的广泛用途，体会化学的创造性和实用性。6以硅及其化合物的学习为线索，体会学习物质及其化学性质的一般方法，提高自主学习能力。重点：二氧化硅的性质。难点：硅酸盐的丰富性和多样性。知识要点梳理知识点一：二氧化硅要点诠释：二氧化硅是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12%，其存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。二氧化硅是一种坚硬难熔的固体，不溶于水。纯净的二氧化硅晶体无色透明，称为水晶。具有彩色环带状或层状的石英
2、晶体，称为玛瑙。沙子中也存在小粒的石英晶体，是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料；石英、玛瑙可用来制作饰物和工艺品。1二氧化硅的结构二氧化硅晶体中，每个Si周围连着4个O，每个O连着2个Si，即每个硅原子位于正四面体的中心，四个氧位于4个顶角，而每个O被两个正四面体共用。所以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，因此SiO2不是分子式。二氧化碳晶体中则是由CO2小分子构成的，CO2是分子式。所以CO2与SiO2的性质差别较大。2二氧化硅的化学性质二氧化硅的化学性质很不活泼，作为一种酸性氧化物，它不溶于水，也不与水 。水在常温下，SiO2可与氢
3、氟酸（HF）、强碱（如NaOH）溶液反应，化学方程式如下：SiO2+4HF=SiF4+2H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O在高温下，SiO2可与CaO、C、碳酸盐发生反应，反应方程式如下：SiO2+2CSi+2CO SiO2+CaOCaSiO3SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2说明：（1）由于常温下SiO2与氢氟酸反应，所以可以用氢氟酸来刻蚀玻璃。（2）由于常温下SiO2可与强碱溶液反应，生成粘结性的硅酸钠溶液，可将磨口玻璃塞与瓶口粘在一起，所以实验室盛装NaOH溶液的玻璃试剂瓶要用橡皮塞而不用玻璃塞。（3）工业上用SiO2
4、与C反应制取粗硅；利用SiO2与Na2CO3和CaCO3反应制取玻璃。知识点二：硅酸（H2SiO3）要点诠释：硅酸是一种很弱的酸，其酸性比碳酸还弱。可与强碱溶液反应生成硅酸盐和水，难溶于水，受热时可分解生成SiO2和水。化学方程式如下：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2OH2SiO3H2O+SiO2 硅酸可用可溶性硅酸盐与其他酸反应制得。生成的H2SiO3聚集成硅酸溶胶；硅酸浓度大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品
5、、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。实验步骤：1在试管中加入35 mL Na2SiO3溶液，滴入12滴酚酞溶液，观察现象。2用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。观察现象。实验现象：实验步骤12实验现象溶液变红色先形成硅酸胶体，后有白色沉淀生成结 论Na2SiO3溶液显碱性Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaOH实验结果分析：（1）步骤1中溶液呈红色，是因为Na2SiO3溶液中的SiO32水解，使溶液呈碱性。 SiO32+2H2OH2SiO3+2OH（2）步骤2中先生成硅酸胶体，后聚集成硅酸沉淀。知识点三：硅酸盐及硅酸盐工业要点诠释：硅酸
6、盐是一大类结构复杂的固态物，大多不溶于水，化学性质很稳定。硅酸盐在自然界分布极广。1硅酸钠（Na2SiO3）硅酸钠是最简单的硅酸盐，它可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。实验步骤：取两个小木条或滤纸条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干（不再滴液后），同时分别放置在酒精灯外焰外。实验现象：被蒸馏水浸透的小木条或滤纸条一段时间后会着火燃烧，而被饱和Na2SiO3溶液浸透的小木条或滤纸条则不会着火燃烧。实验结论：Na2SiO3可用作防火剂。2硅酸盐的组成的表示方法硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物，通常可用二氧化硅和金属氧化物的组合形
7、式表示其组成。一般地先按金属活动性写出金属氧化物，再写二氧化硅，最后写水。例如：硅酸钠：Na2OSiO2石棉：CaO3MgO4SiO2长石：K2OAl2O36SiO2 黏土：Al2O32SiO22H2O3硅酸盐工业陶瓷、玻璃、水泥等硅酸盐产品是使用量最大的无机非金属材料。（1）陶瓷：以黏土为原料，经高温烧结而成。常用作日用器皿、建筑饰材、卫生洁具等。近年来，具有特殊功能的新型陶瓷得到迅速发展，其成分与传统陶瓷已发生了很大的变化。例如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等，它们的特殊功能使之成为某一领域的理想材料。（2）普通玻璃：以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃室中熔融制得
8、，其主要成分可表示为：Na2OCaO6SiO2，发生反应如下：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2改变成分或生产工艺，可以制得具有不同用途的玻璃。（3）水泥：以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中锻烧，再加入适量石膏，研成细粉就得到普通水泥。其主要成分为：硅酸二钙：2CaOSiO2 硅酸三钙：3CaOSiO2 铝酸三钙：3CaOAl2O3。是各种建筑工程中广泛使用的建筑材料。（4）其它含硅的产品碳化硅（SiC）：俗称金刚砂，具有金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮的磨料。硅钢：含硅4%的硅钢有很高的导磁性，主要用作变压器的铁
9、芯。硅橡胶：目前最好的既而高温又耐低温的橡胶，在60250仍能保持良好的弹性，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料等。分子筛：是一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐，主要用作吸附剂和催化剂。知识点四：硅单质要点诠释：单质硅有晶体和无定形两种。晶体硅的结构与金刚石相似，它是一种带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大，有脆性，是一种良好的半导体材料。硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料。利用高纯单质硅制成的光电池，可将光能直接转换为电能。光电池可用作计算器、人造卫星、登月车、火星探测器、太阳能电动汽车等的动力，是极有发展前景的新型能源。单质硅在常温下化学性质稳定，但可与氟气、强碱溶液等反应；在加热
10、时，可与氧气、氯气等反应。反应方程式如下：Si+2F2=SiF4Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 Si+O2SiO2 Si+2Cl2SiCl4利用二氧化硅与焦炭在电炉中高温可制得粗硅，粗硅经提纯可制得用于半导体材料的高纯硅。反应方程式如下：SiO2+2C Si+2CO Si+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl规律方法指导本节内容可分为三部分：（1）二氧化硅的存在、晶体结构、性质、用途；（2）硅酸和硅酸盐的性质、制取和用途；（3）单质硅的性质和用途。重点是二氧化硅的化学性质和硅酸及硅酸盐的化学性质和用途。可总结如下： 经典例题透析类型一：二氧化硅题1在一定条件下
11、，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思路点拨：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。解析：作为酸性氧化物，SiO2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。答案：C总结升华：掌握SiO2与一些物质反应的条件及化学方程式，就可迅速解题。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、浓硝酸、高氯酸DNaOH溶液、KOH溶液、Na
12、2 SiO3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 D纯碱答案 B题2在反应SiO2+2CSi+2CO中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为（ ）A13 B31 C21 D12思路点拨：利用氧化还原反应规律进行分析，确定出氧化剂和还原剂，就可顺利解题。解析：根据化合价升降规律，SiO2Si中硅元素化合价降低，所以SiO2是氧化剂，Si是还原产物；CCO中碳元素化合价升高，所以C是还原剂，CO是氧化产物。由化学方程式的计量数可知SiO2与C的物质的量之比为12。答案：D总结升华：对化学反应方程式不仅要会写，还要分析其量
13、的关系，以加深对其的认识。举一反三：变式3 将30 g石英和60 g石灰石在高温下反应，产生的气体在标准状况下的体积是（ ）A5.6 L B11.2 L C13.44 L D6.72 L答案 B变式4 把26 g含有SiO2的CaCO3固体在高温下加热至质量不变时为止，冷却后质量为17.2 g。（1）生成的CO2在标准状况下的体积为多少？（2）原混合物中含SiO2的质量为多少？答案 （1）4.48 L （2）6 g类型二：硅酸题3能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验事实是（ ）ACO2通入Na2SO3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：
14、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2DCO2溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水思路点拨：可利用强酸与弱酸盐反应，生成弱酸和强酸盐来证明。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。答案：A总结升华：首先要弄清强酸与弱酸比较的判据和方法，才能准确迅速解题。举一反三：变式5 下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（ ）ANa2SiO3H2SiO3BSiO2Na2SiO3CH2SiO3SiO2 DSiO2H2SiO3答案 D变式6 下列过程中
