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1、一、硅元素与硅单质一、硅元素与硅单质1硅的存在：在自然界只有化合态，是一种亲氧元素(这与同主族的碳不同)，一般以SiO2 或硅酸盐形式存在，在地壳中的含量仅次于氧。2结构：与金刚石的晶体结构类似，是正四面体形空间网状结构。3物理性质：灰黑色，硬度大，熔沸点高，具有金属光泽。4化学性质：常温下与F2、HF、NaOH反应。加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物。5用途：(1)良好的半导体材料(为什么？)(2)太阳能电池(3)计算机芯片【题一】硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )A陶瓷餐具 B石英钟表C计算机芯片 D光导纤维C二、二氧化硅及硅酸二、二氧化硅及硅酸1二氧化硅(1)物
2、理性物理性质 二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，SiO2不溶于水，熔点高、硬度大。水晶、石英是二氧化硅晶体。 (2)结构结构二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的，晶体中硅原子和氧原子的个数比为12，SiO2晶体结构中：在硅晶体中每两个硅中间插入一个氧原子，最小环为12个原子(与金刚石类似)。如右图。(3)化学性质化学性质酸性氧化物的性质：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，不溶于水。常温下SiO2与NaOH溶液反应得到硅酸钠(Na2SiO3)，反应的化学方程式为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。 玻璃瓶塞会跟NaOH等碱性溶液反应，为什么NaOH溶液还能用玻
3、璃瓶盛装？【解答】由于玻璃不是简单的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2机械混合物，它们相互结合为多聚硅酸的长链，金属阳离子处于无规则的多聚硅酸的长链包围之中，所以玻璃中的Na2SiO3、CaSiO3、SiO2不是独立存在的，即玻璃中SiO2与一般所说的SiO2是有区别的。瓶口内侧与瓶塞都是经过磨砂处理的，表面粗糙，碱性的液体容易滞留，并且水分蒸发，碱液浓度增大，促使二者更易反应。其他部位因表面光滑而难于反应。由于从组成和结构上看多聚硅酸的长链与SiO2相似，所以通常把玻璃跟NaOH等碱性溶液反应简单地看成SiO2与碱溶液的反应。但是注意高温下玻璃能与NaOH反应。 高温下SiO2能和碱性氧
4、化物(如CaO)反应生成硅酸盐，反应的化学方程式为CaOSiO2 CaSiO3(炼铁中除炉渣)常温下，SiO2能与氢氟酸(HF)反应，此反应常用于刻蚀玻璃，反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O(腐蚀玻璃)。二氧化硅的弱氧化性：SiO2高温下与C作用可制取粗硅，反应的化学方程式为：2CSiO2 2COSi。(4)二氧化硅的用途：二氧化硅的用途：SiO2是制造光导纤维的主要原料。SiO2常被用来制造石英表中的压电材料。SiO2用于制造各种玻璃制品。2硅酸 硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱。Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中通入CO
5、2，能制得硅酸，反应的化学方程式：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3(说明碳酸酸性比硅酸酸性要强)。【题二】下列说法正确的是( )A二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应B根据反应SiO2CaCO3 CaSiO3CO2可推知硅酸酸性比碳酸强C二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D晶体硅常被用来制造光导纤维C【解析】二氧化硅是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O；反应SiO2CaCO3 CaSiO3CO2只有在高温下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强；要比较硅
6、酸和碳酸的酸性强弱就是要比较它们在水溶液中电离出H的难易程度，如CO2H2ONa2SiO3=Na2CO3H2SiO3，符合强酸制弱酸的规律，也可说明碳酸的酸性比硅酸的强；SiO2是光导纤维的主要成分，光导纤维可以用SiO2来制取。三、硅酸盐三、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。1表示：硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。表示顺序为：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。如正长石(KAlSi3O8)可表示为：K2OAl2O36SiO2。2硅酸盐产品：玻璃、水泥、陶瓷等。水泥玻璃(普通)原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英设备水泥回转窑玻璃熔炉特性水硬性(加石膏调节硬
7、化速度)玻璃态物质(在一定温度范围内软化)，不是晶体【题三】用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成。硅酸钠： ；硅酸钙： ；高岭石：Na2SiO3Na2OSiO2CaSiO3CaOSiO2Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O【温馨提示】硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物形式表示。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氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按原子个数守恒原则配置系数。注意事项：氧化物之间以“”隔开；系数配置出现分数应化为整数。考点考点1 二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅与二氧化碳的比较SiO2与CO2的比较CO2SiO2与碱性氧化物反应Ca
8、OCO2 CaCO3CaOSiO2 CaSiO3与碱液的反应2NaOHCO2=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2O与盐反应Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClOSiO2CaCO3 CaSiO3CO2SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2CO2SiO2与碳反应CCO2 2CO2CSiO2 Si2CO与H2O作用CO2H2O H2CO3不与水化合与酸反应不反应只与HF反应SiO24HF=SiF42H2O【例1】指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AD选项中选择正确答案填入括号内。SiO22NaOH=
9、Na2SiO3H2O()SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2()SiO22C Si2CO()SiO24HF=SiF42H2O()A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B弱氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来【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中弱氧化性是指反应物SiO2中Si得电子，化合价降低；D是挥发性酸酐，应为CO2而不是CO；表现酸性氧化物的通性是指SiO2与碱的反应。答案：CDBA【温馨提示】硅及其化合物的特性：1Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：2CSiO2 Si2CO
10、。2非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。3非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si4HF=SiF42H2。4非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。5SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。6非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔沸点却很高。7酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。8无机酸一般易溶于水，H2SiO3却难溶于水。9因碳酸的酸性强于硅酸，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3CO2H
11、2O=Na2CO3H2SiO3，但在高温下Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2也能发生。10Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃)俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。1往下列溶液中通入足量CO2，溶液中最终没有固体物质的是( )A饱和碳酸钠溶液 B偏铝酸钠溶液C硅酸钠溶液 D次氯酸钙溶液D变式训练变式训练2.对于A族元素，下列叙述中不正确的是( )ASiO2和CO2中，Si和O，C和O之间都是共价键BC、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D该族元素的主要化合价
12、是4和2B【解析】一般非金属与非金属原子之间以共价键结合，A正确。C、Si、Ge为同主族元素，最外层电子数相等，均为4，但核电荷数依次增多，次外层电子数依次为2、8、18，B错误。大多数非金属氧化物是酸性氧化物，如CO2、SiO2，酸性氧化物在一定条件下能够与碱性氧化物(如CaO)反应，C正确。最高正化合价数等于最外层电子数，A族元素的主要化合价是4和2，D正确。3.已知A、B、C三种元素均为短周期元素，它们的原子序数关系为CBA。A元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，B和C可形成BC4型化合物。用化学符号填空：(1)三种元素中A是_、B是_、C是_。(2)A、B、C的最高价氧化物对应
13、的水化物分别为 、_ 、_ ，在这些水化物中，酸性最弱的是_ 。C SiClH2CO3H2SiO3H2SiO3H2SiO3(3)BC4的电子式是 。(4)用离子方程式表示出用B的氧化物制得B的氧化物的对应水化物的原理。 。SiO22OH=SiO32-H2O、 SiO32-2H=H2SiO3【解析】依据A的电子层结构特点，可知A为碳；B和C可形成BC4型化合物，可推知B为A族元素，C为A族元素，又因为原子序数的关系CBA，可知B为Si，C为氯，结合其化合物的性质，可推知其他问题的答案。考点考点2 无机非金属材料无机非金属材料1传统无机非金属材料(1)玻璃玻璃原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱(N
14、a2CO3)，石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)。主要设备：玻璃熔炉反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是CaCO3SiO2 CaSiO3CO2Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2 主要成分：制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以，普通玻璃是CaSiO3、Na2SiO3和SiO2熔化在一起得到的物质，其物质的量之比为114，因此玻璃可表示为：Na2OCaO6SiO2。主要性质：硬而脆，受热时在一定温度范围内逐渐软化，没有一定的熔点，故称作玻璃态物质，耐酸腐蚀(HF除外)。(2)水泥水泥普通水泥的主要成分为硅酸三钙(3CaOSi
15、O2)，硅酸二钙(2CaOSiO2)和铝酸三钙(3CaOAl2O3)等。水泥的特点是水泥具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。2新型无机非金属材料类别示例特性用途高温结构陶瓷氮化硅陶瓷硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具碳化硅陶瓷硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电电热元件生物陶瓷氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体人造牙齿、人造骨骼类别示例特性用途压电陶瓷钛酸钡陶瓷钛酸铅陶瓷
16、可将极其微弱的机械振动转换成电信号声纳系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪【例2】汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为2价)，下列有关“汉紫”的说法中不正确的是()A用盐的形式表示：BaSiO3CuSiO3B用氧化物形式表示：BaOCuO2SiO2C易溶于强酸、强碱D性质稳定，不易褪色【解析】根据化合物中正负化合价的代数和等于零可知，A、B正确。硅酸盐只溶于强酸不溶于强碱，C错。从题给信息：汉代器物上的颜料“汉紫”可知“汉紫”性质稳定，不易褪色，D正确。
17、【温馨提示】涉及文物的试题要考虑的方面：1性质稳定，不易被氧化、腐蚀。2难溶于水。答案：C1.下列化工生产中所发生的主要化学反应，不涉及氧化还原反应的是( )A制普通玻璃 B接触法制硫酸C工业冶炼铝 D工业合成氨A变式训练变式训练2.根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是( )生成物是硅酸盐反应条件是高温含有硅的物质作原料反应原理是一系列复杂的物理化学变化A BC DD3.将石墨置于熔融的钾或气态钾中，石墨会吸收钾而形成称为钾石墨的物质，其组成是C8K、C24K、C36K、C48K和C60K。在钾石墨中，钾原子把价电子交给石墨层，但在遇到与金属钾易反应的其他物质时还会收回。在钾石墨中，钾元素处于石墨层中间，因而石墨层之间被胀大，层间的距离增加。下列对钾石墨的叙述中正确的是( )A钾石墨是一类离子化合物B钾石墨导电性比石墨弱C钾石墨与水相遇不发生任何反应D题干所举出的5种钾石墨属于同素异形体A
