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1、第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅硅第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、硅元素一、硅元素1.含含量量：硅硅在在地地壳壳中中含含量量为26.3%，仅次次于于_。2.原原子子结构构：硅硅的的原原子子结构构示示意意图为_。最最外外层电子子数数为_个个，其其原原子子既既不不易易失失去去也也不易得到不易得到电子子,主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。氧氧43.存存在在：硅硅是是一一种种亲氧氧元元素素，在在自自然然界界中中总是是与与
2、氧氧相相互互化化合合，以以熔熔点点很很高高的的_及及_形形式式存存在在于于岩岩石石、沙沙子子和和土土壤壤中，占地壳中，占地壳质量的量的90%以上。以上。二、二氧化硅二、二氧化硅1.存在存在SiO2存在形存在形态有有_形和无定形两大形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是的主要成分均是_。氧化物氧化物硅酸硅酸盐结晶晶SiO22.结构构SiO2晶晶体体是是_空空间网网状状结构构，每每个个Si周周围结合合_个个O，每每个个O周周围有有_个个Si，SiO_。3.物理性物理性质熔熔点点：_；硬硬度度：_；溶溶解解性性：_溶于水。溶于水。四
3、面体四面体4212高高大大不不SiO22NaOH = Na2SiO3H2OSiO24HF = SiF42H2O5.用途用途(1)沙子是基本的建筑材料；沙子是基本的建筑材料；(2)纯净的的SiO2是是现代代光光学学及及光光纤制制品品的的基基本本材料，可以制作材料，可以制作_；(3)石英和石英和玛瑙制作瑙制作饰物和工物和工艺品；品；(4)实验室中使用石英坩室中使用石英坩埚。光光导纤维想一想想一想1实验室室盛盛装装NaOH溶溶液液的的试剂瓶瓶为什什么么用橡皮塞，而不用玻璃塞？用橡皮塞，而不用玻璃塞？提提示示：玻玻璃璃中中含含有有SiO2，SiO2与与NaOH溶溶液液反反应生生成成黏黏性性的的Na2S
4、iO3，会会使使瓶瓶塞塞与与瓶瓶口口粘在一起，不易打开。粘在一起，不易打开。三、硅酸三、硅酸1.物理性物理性质颜色色：_；状状态：胶胶状状固固体体；溶溶解解性性：_溶于水。溶于水。2.化学性化学性质(1)弱酸性弱酸性向向Na2SiO3溶溶液液中中通通入入适适量量CO2气气体体，化化学学方程式方程式为：白色白色难_。结论(酸性酸性)：H2SiO3_H2CO3。(2)不不稳定性定性H2SiO3不不稳定，受定，受热易分解，化学方程易分解，化学方程式式为：_。Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3H2SiO3 SiO2H2O3.制制备实验操操作作实验现象象滴加酚滴加酚酞后溶液呈后溶液呈_
5、色，滴加稀色，滴加稀盐酸后溶液酸后溶液变为_色，有色，有_生成生成结论Na2SiO3溶液呈溶液呈_性；滴加稀性；滴加稀盐酸后酸后反反应的化学方程式的化学方程式为：_红无无白色胶状物白色胶状物质碱碱Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体胶体)4.硅胶硅胶SiO2干燥剂干燥剂催化催化剂四、硅酸四、硅酸盐1.概念概念硅硅酸酸盐是是由由_、氧氧和和金金属属组成成的的化化合合物物的的总称。称。2.硅酸硅酸盐的性的性质硅酸硅酸盐是一是一类结构复构复杂的固的固态物物质，大多，大多_于水，化学性于水，化学性质很很稳定。定。硅硅不溶不溶3.硅酸硅酸盐组成的表示成的表示通通常常用用二二氧氧化化硅硅和
6、和金金属属氧氧化化物物的的组合合形形式式表表示其示其组成。成。例例 如如 ： Na2SiO3： Na2OSiO2； 红 柱柱 石石 ：Al2SiO5Al2O3SiO2。4.最常最常见的硅酸的硅酸盐Na2SiO35.常常见的硅酸的硅酸盐产品品产品品原料原料主要主要设备主要成分主要成分水水泥泥石灰石灰石、黏土石、黏土水泥回水泥回转窑窑硅酸二硅酸二钙2CaOSiO2硅酸三硅酸三钙3CaOSiO2铝酸三酸三钙3CaOAl2O3玻玻璃璃纯碱、石碱、石灰石和石灰石和石英英_Na2OCaO6SiO2陶陶瓷瓷黏土黏土玻璃窑玻璃窑6.其他含硅的物其他含硅的物质想一想想一想2.二二氧氧化化硅硅能能溶溶于于水水生生
7、成成硅硅酸酸吗？若若不不能能，如何用二氧化硅制取硅酸？如何用二氧化硅制取硅酸？提提示示：二二氧氧化化硅硅不不溶溶于于水水，也也不不与与水水反反应，应使使二二氧氧化化硅硅先先与与氢氧氧化化钠溶溶液液反反应生生成成硅硅酸酸钠，然然后后再再通通入入二二氧氧化化碳碳气气体体，即即可可生生成成硅酸沉淀。硅酸沉淀。五、硅五、硅单质1.种种类及及结构构单质硅硅分分为晶晶体体硅硅和和_两两类，晶晶体硅的体硅的结构与构与_类似。似。2.性性质(1)物理性物理性质无定形硅无定形硅金金刚石石色、色、态光光泽 熔点熔点 硬度硬度质地地导电性性灰黑色固灰黑色固体体金属金属光光泽高高大大脆脆半半导体体(2)化化学学性性质
8、：在在常常温温下下化化学学性性质不不活活泼，但但能与能与_、_发生反生反应。3.用途用途(1)半半导体材料，如硅芯片等。体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光新型能源，如光电池等。池等。氢氟酸氟酸强强碱碱自主体验自主体验1.下列叙述中，正确的是下列叙述中，正确的是()A自然界中存在大量的自然界中存在大量的单质硅硅B石石英英、水水晶晶、硅硅石石的的主主要要成成分分都都是是二二氧氧化硅化硅C二二氧氧化化硅硅的的化化学学性性质活活泼，能能跟跟酸酸或或碱碱的溶液的溶液发生化学反生化学反应D自然界中硅元素都存在于石英中自然界中硅元素都存在于石英中解解析析：选B。自自然然界界中中硅硅的的含含量量很很高高
9、，但但都都是是以以化化合合态存存在在，A选项错误；硅硅是是亲氧氧元元素素，主主要要以以氧氧化化物物及及硅硅酸酸盐形形式式存存在在，D项错误。二二氧氧化化硅硅的的化化学学性性质很很稳定定，C项错误。2.(2012河河南南焦焦作作高高一一期期末末)硅硅的的氧氧化化物物及及硅硅酸酸盐构构成成了了地地壳壳中中大大部部分分的的岩岩石石、沙沙子子和和土土壤壤，在在无无机机非非金金属属材材料料中中，硅硅一一直直扮扮演演着着主主角。下面几种物角。下面几种物质中含有硅中含有硅单质的是的是()解解析析：选C。玛瑙瑙、光光导纤维、水水晶晶的的主主要要成成分分都都是是SiO2，太太阳阳能能电池池板板主主要要材材料料是
10、是硅硅单质。解解析析：选D。由由于于H2SiO3的的酸酸性性比比碳碳酸酸要要弱弱，故故将将水水玻玻璃璃露露置置在在空空气气中中时，会会发生生以以下下反反应而而变质：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1 为什么什么CO2和和SiO2在化学性在化学性质上具有一定的相似性而物理性上具有一定的相似性而物理性质差异很大？差异很大？提提示示：因因为二二者者结构构不不同同，SiO2为立立体体网网状状结构。构。SiO2与与CO2的比的比较探探究究导导引引2 CO2与与酸酸不不反反应，SiO2是是否否与与酸酸反反应？提示：提示：SiO2可与可与
11、氢氟酸反氟酸反应。要点归纳要点归纳特特别别提醒提醒(1)SiO2和和CO2都都是是酸酸性性氧氧化化物物，与与碱碱反反应生生成成盐和水。和水。(2)CO2与与H2O能能反反应，但但SiO2不不溶溶于于水水也也不不与与水水反反应；SiO2与与氢氟氟酸酸能能反反应，但但CO2不不与酸反与酸反应。即时应用即时应用解析：解析：选C。CO2的熔沸点低，溶于水，的熔沸点低，溶于水，SiO2的熔沸点高，硬度大，不溶于水，两者的熔沸点高，硬度大，不溶于水，两者是酸性氧化物和其物理性是酸性氧化物和其物理性质没有因果关系，没有因果关系，A错；CaCO3和和SiO2反反应是是SiO2的特殊性的特殊性质,不能不能说明明
12、H2CO3的酸性比的酸性比H2SiO3的弱的弱,B错；SiO2和和HF反反应也是也是SiO2的特殊性的特殊性质，不能，不能说明明SiO2是两性氧化物，是两性氧化物，D错。单质硅的性质与制取单质硅的性质与制取探探究究导引引3能能与与NaOH溶溶液液反反应产生生H2的的单质只有金属只有金属Al吗？提示：提示：不是，不是，还有有Si。探探究究导引引4欲欲鉴别单质硅硅和和碳碳可可选择什什么么试剂？提示：提示：可用可用NaOH溶液，能反溶液，能反应的的为硅。硅。要点归纳要点归纳特特别别提醒提醒(1)Si、SiO2都能与都能与氢氟酸反氟酸反应；(2)粗硅制粗硅制备时，要隔，要隔绝空气空气,在在电炉中炉中进
13、行行,且生成的是且生成的是CO而不是而不是CO2。即时应用即时应用2.有关硅元素的下列叙述中正确的是有关硅元素的下列叙述中正确的是()A硅与任何酸都不反硅与任何酸都不反应B硅硅元元素素是是构构成成矿物物岩岩石石的的主主要要成成分分之之一一,其化合其化合态几乎全部是氧化物和硅酸几乎全部是氧化物和硅酸盐C硅硅的的性性质很很稳定定，能能以以游游离离态形形式式存存在在于自然界中于自然界中D常温常温时硅不与任何物硅不与任何物质反反应解析：解析：选B。硅是。硅是亲氧元素，在自然界中全氧元素，在自然界中全以化合以化合态形式存在，主要是氧化物和硅酸形式存在，主要是氧化物和硅酸盐的形式，的形式，B对，C错；常温
14、；常温时,硅能与氟气、硅能与氟气、氢氟酸、氟酸、氢氧化氧化钠溶液等溶液等发生反生反应，A、D都都错。题题型型探探究究权权威威预预测测SiO2的的结构与性构与性质例例例例1 1 (2012大大同同高高一一检测)下下列列关关于于二二氧氧化化硅的硅的说法中，法中，错误的是的是(双双选)()A二氧化硅也叫硅酸二氧化硅也叫硅酸酐B二二氧氧化化硅硅分分子子由由一一个个硅硅原原子子和和两两个个氧氧原原子构成子构成C不能用二氧化硅与水直接作用制取硅酸不能用二氧化硅与水直接作用制取硅酸D二氧化硅既能与二氧化硅既能与氢氟酸反氟酸反应，又能与，又能与烧碱反碱反应，所以它是两性氧化物，所以它是两性氧化物【解析解析】【
15、答案答案】BDA酸酸酐与与对应的酸中元素化合价相同，的酸中元素化合价相同，SiO2和和H2SiO3的化合价相同，所以的化合价相同，所以SiO2尽管尽管难溶于水，溶于水，但它仍是硅酸的酸但它仍是硅酸的酸酐正正确确BSiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按12的比例所的比例所组成的立体成的立体网状网状结构，并不存在构，并不存在SiO2分子分子错误C二氧化硅二氧化硅难溶于水，且不与水反溶于水，且不与水反应，无法直接与，无法直接与水反水反应制取硅酸制取硅酸正正确确DSiO2与与氢氟酸反氟酸反应的方程式的方程式为SiO24HF=SiF42H2O，SiF4不是不是盐，SiO2与与氢氟酸氟酸反反应只是一种特殊
16、情况，所以不能只是一种特殊情况，所以不能说SiO2是两性是两性氧化物氧化物错误硅酸的性质和制备硅酸的性质和制备例例例例2 2 下列下列说法正确的是法正确的是()【解解析析】硅硅酸酸不不溶溶于于水水，但但与与NaOH溶溶液液反反应：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，A项错误。B项中中该反反应之之所所以以能能发生生是是在在高高温温条条件件下下，CO2以以气气体体形形式式逸逸出出，使使反反应进行行得得比比较彻底底，是是利利用用SiO2、CO2沸沸点点的的不不同同，而而不不是是利利用用硅硅酸酸、碳碳酸酸酸酸性性的的强强弱弱。C项符符合合“强强酸酸制制弱弱酸酸”的的一一般般规律律。SiO2
17、不不溶溶于于水水,也也不能与水反不能与水反应，D项错误。【答案答案】C【名名师点点睛睛】比比较酸酸性性强强弱弱，一一般般在在水水溶溶液液体体系系中中，符符合合强强酸酸制制弱弱酸酸原原理理。高高温温下下，符合符合难挥发性酸制易性酸制易挥发性酸原理。性酸原理。硅及其化合物的转化关系硅及其化合物的转化关系 A、B、C、D、E五五种种含含硅硅元元素素的的物物质，相互，相互转化关系如化关系如图所示：所示：例例例例3 3(1)推推断断AE的的化化学学式式：A_，B_， C_，D_，E_。(2)写出写出BA的化学方程式的化学方程式_。 AC的离子方程式的离子方程式_。【解析解析】在空气中燃在空气中燃烧生成生
18、成D，B可能可能为Si，B和和D都都能能与与NaOH溶溶液液反反应生生成成A，则A为Na2SiO3，A和和盐酸酸反反应生生成成C，C为H2SiO3，H2SiO3受受热分分解解又又生生成成SiO2，证明明B为Si，E为CaSiO3。【答答案案】(1)Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3(2)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 2H = H2SiO3【规律律方方法法】含含硅硅化化合合物物之之间的的“三三角角转化化”关关系系，是是推推断断含含硅硅化化合合物物推推断断题的的重重要要突破口，其突破口，其转化关系如化关系如图。热点示例思维拓展热点示例思维拓展经典典案案例例晶晶体体硅硅
19、是是一一种种重重要要的的非非金金属属材材料。制料。制备纯硅的主要步硅的主要步骤如下：如下：高温下用碳高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；原二氧化硅制得粗硅； 粗硅与干燥粗硅与干燥HCl气体反气体反应制得制得SiHCl3：Si3HCl=SiHCl3H2；SiHCl3(沸沸点点：33.0 )与与过量量H2在在10001100 反反应制得制得纯硅。硅。(已已知知SiHCl3能能与与H2O剧烈烈反反应，在在空空气气中中易易自自燃燃)用用SiHCl3与与过量量H2反反应制制备纯硅硅的的装装置如置如图所示所示(热源及源及夹持装置均已略去持装置均已略去)。根据以上信息，回答下列根据以上信息，回答下列问题：(1)
20、请写写出出第第步步制制备粗粗硅硅，装装置置D中中发生生反反应的的化化学学方方程程式式，并并指指出出三三个个步步骤中中发生生的的反反应属于置属于置换反反应的是哪几个？的是哪几个？(2)粗粗硅硅与与HCl反反应完完全全后后，经冷冷凝凝得得到到的的SiHCl3(沸沸点点33.0 )中中含含有有少少量量SiCl4(沸沸点点57.6 )和和HCl(沸沸点点84.7 )，那那么么该如如何何提提纯SiHCl3?(3)装置装置B中的中的试剂是什么？其作用是什么？是什么？其作用是什么？【答答案案】(1)在在高高温温条条件件下下，用用C还原原SiO2生成生成CO和粗硅，化学方程式和粗硅，化学方程式为2CSiO2 2COSi；据据步步骤可可写写出出装装置置D中中发生生的的反反应为SiHCl3H2 Si3HCl，所以三个步所以三个步骤中中发生的反生的反应都属于置都属于置换反反应。(2)分分离离、提提纯不不同同沸沸点点的的液液体体可可以以采采用用分分馏或蒸或蒸馏。(3)用用Zn和稀硫酸制得的和稀硫酸制得的H2中会混有少量中会混有少量H2O，而，而SiHCl3能与能与H2O剧烈反烈反应，所以要，所以要进行干燥，根据装置行干燥，根据装置应选择液液态干燥干燥剂浓硫酸。硫酸。
