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硅及其化合物 学习目标 了解单质硅 二氧化硅 硅酸盐主要存在形式 知道它们的主要用途 掌握二氧化硅的化学性质 能够熟练写出其化学方程式 并灵活应用 掌握硅酸的性质和制备 知道硅酸盐的性质以及玻璃的制备方法 知识框架 1 硅 存在形式物理性质化学性质制备 2 SiO2 存在结构物理性质化学性质 3 硅酸 物理性质化学性质用途硅酸及硅胶的制备 4 硅酸盐 概念表示形式常见的硅酸盐及硅酸盐材料玻璃的制备 一 硅 Si 1 存在及物理性质 C 2 化学性质 高温 点燃 高温 高温 3 硅的制备反应原理 1 制粗硅 主要以SiO2为原料 SiO2 2C Si 2CO 粗硅 2 粗硅提纯 Si 粗硅 2Cl2 SiCl4 SiCl4 H2 Si 4HCl 纯硅 高温 小试身手 例1 下列关于硅说法正确的是 A 硅是人类将太阳能转化为电能的常用材料B 由粗硅制的单晶硅不涉及氧化还原反应 C Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 Si是还原剂 NaOH和H2O是氧化剂 D 盐酸可以与硅反应 故可采用盐酸为抛光液抛光单晶硅例2 下列关于硅和碳的比较 正确的是 A 碳能将二氧化硅中的硅还原成硅 说明碳的还原性比硅强 B 碳和硅的最高正价都是 4价 C 硅元素在地壳中含量居第2 碳居第1位D 自然界的硅和碳的存在形式既有游离态又有化合态 A B 3 制造太阳能电池需要高纯度的硅 工业上制高纯硅常用以下反应实现 Si s 3HCl SiHCl3 H2 SiHCl3 H2 Si 3HCl对上述两个反应的下列叙述中 错误的是 A 反应 中HCl是还原剂B 反应 是置换反应C 由于反应 放热 则反应 一定吸热D 两个反应都是氧化还原反应 B 二 硅的化合物 一 SiO2 1 存在 结晶形 例如 玻璃 水晶 玛瑙 石英 硅石 沙子 无定形 3 物理性质 熔点高硬度大难溶于水 2 结构 SiO2晶体是由Si和O按1 2的比例所组成的立体网状结构的晶体 不存在SiO2分子 是以Si和O原子构成 通常用SiO2来表示二氧化硅的组成 SiO2不是分子式 而是化学式 晶体中原子个数最简单的整数比 4 化学性质 高温 高温 高温 高温 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质 加上SiO2在自然界的广泛存在 从古到今都被人类广泛地应用着 光导纤维 石英坩埚 玻璃仪器 精美瓷器 5 用途 1 关于二氧化硅说法错误的是 A 二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成 B 不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸 C 二氧化硅能与氢氟酸反应 又能与烧碱反应 所以它是两性氧化物 D 二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 AC 小试牛刀 2 下列说法正确的是 A SiO2溶于水显酸性B 二氧化硅也叫硅酸酐C SiO2是酸性氧化物 它不溶于任何酸D 因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2 所以硅酸酸性比碳酸强 B 3 证明生石灰中既混有石英 又混有石灰石的正确方法是 A 加入过量盐酸 观察是否有气泡冒出B 加入过量烧碱溶液 观察是否有固体溶解C 加热至高温 观察是否有气泡冒出 是否有硅酸钙生成D 先加过量盐酸搅拌 观察是否有不溶物剩余及气泡出现 若有不溶物则滤出 投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解 D 二 硅酸 H2SiO3 1 物理性质 溶解度很小 难溶于水 2 化学性质 1 弱酸性 酸性比碳酸弱 不能使指示剂变色 Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 强酸制弱酸 H2SiO3 2NaOH 2H2O Na2SiO3 2 不稳定性 比H2CO3稳定 受热易分解 H2SiO3 H2O SiO2 3 用途 硅胶可用作干燥剂 也可作催化剂的载体 4 硅酸的制备 强酸制弱酸 可用可溶性的硅酸钠和其他酸制备 所得溶液凝成硅酸溶胶 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2ONa2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 5 硅胶的制备 H2SiO3硅酸凝胶硅酸干凝胶 硅胶 干燥脱水 聚合 即学即练 例1 能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验是 A CO2能溶于水生成碳酸 而SiO2却不能溶于水B 高温时发生反应 SiO2 Na2CO3 Na2SiO3 CO2 C 碳酸比硅酸受热易分解D 将CO2通入的Na2SiO3水溶液中 有白色沉淀生成例2 为确定HCl H2CO3 H2SiO3的酸性强弱 某同学设计了如上图所示的装置 一次实验即可达到目的 不必选其他酸性物质 请据此回答 1 锥形瓶中装某可溶性正盐溶液 分液漏斗所盛试剂应为 2 装置B所盛的试剂是 其作用是 3 装置C所盛试剂是 C中反应的离子方程 4 由此得出结论是 酸性由强到弱依次是 解题思路 强酸 弱酸盐 弱酸 强酸盐 D 稀盐酸 饱和碳酸氢钠 吸收HCl气体 硅酸钠溶液 盐酸 碳酸 硅酸 SiO32 CO2 少量 H2O CO32 H2SiO3 四 硅酸盐 1 定义 硅酸盐由硅 氧 和金属元素组成的化合物的总称 2 表示形式 化学式法 表示组成简单的硅酸盐 如 硅酸钠 Na2SiO3 氧化物法 表示复杂的硅酸盐 用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成例 石棉CaMg3Si4O12 CaO 3MgO 4SiO2 氧化物的顺序按化学式中元素的排列顺序 长石KAlSi3O8 K2O Al2O3 6SiO2 分数化整 注意 1 氧化物顺序 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水 氧化物之间用 连接 2 各原子总个数比符合原来的组成 分数化整数 3 最简单的硅酸盐 硅酸钠可溶于水 水溶液呈碱性 其水溶液叫水玻璃 又叫泡花碱 可用于制备硅胶 做木材防火剂等 5 硅酸盐材料的制备 原料 水泥 石灰石和黏土玻璃 纯碱 石灰石 石英陶瓷 黏土 制备玻璃涉及的反应 4 三大传统的硅酸盐材料产品 水泥 玻璃 陶瓷 水泥主要成分 3CaO SiO2 2CaO SiO2 3CaO Al2O3玻璃的主要成分 Na2O CaO 6SiO2陶瓷的主要成分 黏土Al2O3 SiO2 2H2O 即学即练 1 下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是 A NaOH溶液B Na2SiO3溶液C 盐酸D 氢氟酸 2 下列有关Na2CO3溶液 Na2SiO3溶液的共同点的描述中不正确的是 A 水溶液均显碱性B 滴入盐酸均有气泡产生C 均能与CO2反应D 均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存 C B 3 露置于空气中一段时间后的水玻璃会浑浊 向此浑浊溶液中加入稀盐酸 会生成白色沉淀 同时伴随有气泡产生 用化学方程式解释产生上述现象的原因 1 溶液变浑浊 2 生成白色沉淀 3 产生气泡 4 三硅酸镁是一种胃病患者常用的制酸剂 该物质难溶于水 服用后能中和过多的胃酸 把三硅酸镁Mg2Si3O8 nH2O改写成氧化物的形式 写出它中和胃酸 胃酸的主要成分是HCl 的化学方程式 Na2SiO3 CO2 少量 H2O Na2CO3 H2SiO3 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 Na2CO3 2HCl 2NaCl H2O CO2 2MgO 3SiO2 nH2O Mg2Si3O8 nH2O 4HCl 2MgCl2 3H2SiO3 n 1 H2O 随堂演练 1 下列离子方程式 正确的是 A 澄清石灰水中通入过量二氧化碳 Ca2 2OH CO2 CaCO3 H2OB 碳酸钠溶液中加入二氧化硅 CO32 SiO2 SiO32 CO2 C 二氧化硅与烧碱溶液反应 SiO2 2OH SiO32 H2O D 硅酸与烧碱溶液中和 H2SiO3 2OH SiO32 2H2O2 现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造 取硬铝样品进行如下实验 每一步试剂均过量 由此可以推知硬铝的组成为 A Al Cu Mg Si MnB Al Mg Si ZnC Al Fe C CuD Al Si Zn Na CD A 3 下列说法中 错误的是 A 硅酸是不挥发性酸 它与食盐反应生成氯化氢B 氢氟酸能和玻璃发生化学反应 所以氢氟酸要存放在塑料瓶中C 水玻璃有粘性 所以要存放在带橡胶塞的试剂瓶中D 烧碱液能腐蚀玻璃并生成硅酸钠 所以烧碱液要存放在带橡胶塞的玻璃瓶中 A 4 由硅 铁 铝组成的试样19 4g均匀地分成等质量的两份 一份与足量的稀硫酸反应可产生气体aL 一份与足量的氢氧化钠溶液反应也能产生同种气体bL 合并两次所收集的气体共11 2L 试分析此试样的组成 气体均在标准状况下测得其体积 且a b 硅 2 8 铁 11 2 铝 5 4 4 根据右图所示的组织之间的转化关系 回答下列有关问题 1 写出A B C D各物质的名称 A B C D 2 写出D A的化学方程式 3 写出下列变化的离子方程式 B C D B 5 某学生兴趣小组想利用高岭土 其主要成分是Al2O3 2SiO2 2H2O 试验新型的净水剂 试验程序如下 其中滤液E就是欲求的净水剂 试回答下列问题 写出混合物A B 滤液C D的主要成分A B C D 写出高岭土与纯