第二講：硅及其化合物
高三化學 編號：351036 主編人：李 玏 審核：李 玏
班級 學簇 姓名 。
【學習目標】：
1.能描述單質硅和二氧化硅的晶體結構；
2.能敘述硅的物理和化學性質，尤其是化學性質的特殊性；
3.掌握二氧化硅的物理和化學性質；
4.記憶常見硅酸鹽的俗名和化學式，能用氧化物形式表示常見的硅酸鹽。
【知識框架】：
【知識要點】：
一、 硅
1.存在：地殼中含量僅次于氧，全部以 態的形式存在。
2.晶體結構： 型的空間網狀結構，屬于 晶體。
3.物理性質：晶體硅的熔沸點 ，硬度 ，可作 材料。
4.化學性質：
（1）常溫下，硅能與 溶液反應。硅與燒堿溶液反應的離子方程式為： 。
（2）加熱時可與 等非金屬反應，硅與氧氣反應的方程式為：
。
5.工業制法： 化學方程式為： 。
6.用途：
（1） ；（2）加入鐵中制硅鐵合金。
二、二氧化硅
1.晶體結構： 1個硅原子與4個氧原子形成4個 ；同時每個氧原子與 個硅原子結合，二氧化硅晶體由硅原子和氧原子按 的原子個數比組成 ，故SiO2晶體中不存在“SiO2”分子。
2.物理性質：熔沸點 ，硬度 ， 溶于水。
3.化學性質：
（1）具有酸性氧化物的通性
①與堿性氧化物CaO反應的化學方程式為： 。
②與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為： 。
（2）與碳在高溫下反應的方程式為： 。
（3）與氫氟酸反應的方程式為： 。
4.用途：制造 、光學儀器、玻璃原料和建筑材料。
三、硅酸和硅酸鹽
1.硅酸（H2SiO3）原硅酸（H4SiO4）
（1）弱酸性 向硅酸鈉溶液中通入CO2，反應的離子方程式為： 。
（2）不穩定性 受熱易分解，化學方程式為： 。
2.硅酸鹽
（1）Na2SiO3 水溶液俗稱 。
（2）所有的硅酸鹽都可以用氧化物形式表示。先寫較活潑金屬的氧化物、再寫較不活潑金屬的氧化物、然后寫硅的氧化物，最后寫水，某元素的氧化物化學式有多個時，把數字寫在此物質化學式的前面，兩種氧化物之間用小圓點隔開。
Na2SiO3寫成氧化物形式為：Na2O.SiO2。 Al2Si2O5（OH）4寫成氧化物形式為： 。
四、重難點突破——硅及其化合物的特殊性
1.硅的還原性比碳強，但在高溫下，碳能從二氧化碳中還原出硅。同時生成一氧化碳氣體。這可從化學平衡的角度理解，由于產物CO為氣體，它的放出降低了生成物的濃度，促使反應向正反應方向進行。與此反應相類似的還有金屬鈉置換鉀。
寫出這兩個反應的方程式： ； 。
2.炭酸的酸性比硅酸強，在水溶液中可發生反應Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3 + Na2CO3 。但在高溫下，可發生反應：SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2 SiO2 + Ca2CO3 === Ca2SiO3 + CO2 。這是因為反應不是在水溶液中發生的。在高溫時，利用高沸點、難揮發的固體制得了低沸點、易揮發的氣體CO2，生成的氣體脫離了反應體系，使反應向正反應方向進行到底。與此反應相類似的還有：用磷酸和硝酸鹽、氯化物反應制硝酸、鹽酸。
寫出這兩個反應的方程式： ； 。
3.常溫條件下，非金屬單質一般不與強堿溶液反應，而硅單質可與強堿溶液反應生成氫氣。原理同鋁和強堿相似，硅先和水形成原硅酸和氫氣，但此反應很微弱。當加入強堿后，強堿溶解原硅酸，促使反應征向移動，最終生成硅酸鹽和氫氣。
寫出這兩個反應的方程式： ； 。
4.非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，但硅能跟氫氟酸作用。方程式為： 。
5.非金屬氧化物一般為分子晶體，但二氧化硅為原子晶體。
6.酸性氧化物一般不與酸作用，但二氧化硅能與氫氟酸作用。
7.無機酸一般易溶于水，但硅酸難溶于水。
8.硅酸鈉的水溶液俗稱泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。
9.二氧化硅雖是硅酸的酸酐，但不能用SiO2和水反應制備硅酸，只能用可溶性硅酸鹽溶液和酸反應制備。
10.二氧化硅是熔點最高的非金屬氧化物，H2SiO3是常溫下呈固態的酸。
【典例剖析】：
指出下列反應中SiO2所表現的化學性質或作用，在A——E選項中選擇正確的答案填入括號內。
①SiO2 + 2NaOH === Na2SiO3 + H2O ( ) ②SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2 ( )
③SiO2 + 2C === Si + 2CO ( ) ④SiO2 + 3C === SiC + 2CO ( )
⑤SiO2 + 4HF === SiF4 + 2H2O ( )
A.作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕 B.氧化性 C.酸性氧化物的通性
D.將揮發性酸的酸酐從其鹽中置換出來 E.未參加氧化還原反應
解析：本題全面考查SiO2的性質，將所給選項結合實際一一對應查找。A用來雕刻玻璃，應有氫氟酸（HF）參與反應；B中強氧化性是指反應物SiO2中Si得電子，化合價降低；C中表現酸性氧化物的通性是指SiO2與堿反應；D是揮發性酸酐，應為CO2而不是CO。
答案：① ( C ) ② ( D ) ③ ( B ) ④ ( E ) ⑤ ( A )
【實戰演練】：
（A級）1.2008年北京奧運獎牌——“金鑲玉”獎牌中玉的化學成分多為含水鈣鎂硅酸鹽，如Ca2Mg5Si8O22（OH）2，此硅酸鹽用氧化物形式表示為：
（A級）2.在①濃硝酸；②水；③王水；④氫氟酸；⑤氫氧化鉀溶液中，能與二氧化硅起化學反應的是（ ）
A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
（B級）3.現有下列五個轉化，其中不可能通過一步反應實現的是（ ）
①SiO2---Na2SiO3 ②CuSO4---CuCl2 ③SiO2---H2SiO3 ④CuO---Cu(OH)2 ⑤Na2O2---NaOH
A．①② B．③④ C．②③④ D．②③④⑤
（C級）4.（2008年高考廣東卷）硅單質及其化合物應用范圍很廣，請回答下列問題：
（1）制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷（SiHCl3）還原法是當前制備高純硅的主要方法，生產過程示意圖如下：
① 寫出由SiHCl3 制備高純硅的化學方程式
② 整個制備過程中必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3 遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出配平的化學方程式
H2還原SiHCl3 過程中若混入O2，可能引起的后果是
（2）下列有關硅材料的說法正確的是 （填字母）
A.碳化硅化學性質穩定，可用于生產耐高溫水泥；
B.碳化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承；
C.高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料——光導纖維；
D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點很高；
E.鹽酸可以與硅反應，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅。
（3）硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃，取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入飽和氯化銨溶液，振蕩，寫出實驗現象并給予解釋 。
（C級）5.用SiHCl3與過量的H2反應制備純硅的裝置如圖所示（熱源及夾持裝置略去）
①裝置B中的試劑是 ，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是
；
②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是 ；
裝置D不能采用普通玻璃管的原因是 ；
裝置D中發生反應的化學方程式為： 。
（C級）6.某研究小組進行了“實驗室制Si的研究，他們以課本為基礎，查閱資料得到以下可供參考的信息：①工業上在高溫時用C還原SiO2可制得Si；②Mg在點燃的條件下即可與SiO2反應；③金屬硅化物與稀硫酸反應生成硫酸鹽與SiH4；④Si和SiO2均不與稀硫酸反應；⑤SiH4在空氣中可自燃。
他們在研究報告中記載著：“......選用合適的物質在適宜的條件下充分反應；再用足量稀硫酸溶解固體產物；然后過濾、洗滌、干燥；最后稱量......在用稀硫酸溶解固體產物時，發現有爆鳴聲和火化，其產率也只有預期值的63%左右。”
（1）該小組“實驗室制Si”的化學方程式是 。
（2）你估計“用稀硫酸溶解固體產物時，發現有爆鳴聲和火化”的原因是
。
【學后反思】：
