硅及其化合物

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。项目碳硅在自然界中的存在既有化合态又有游离态

在地壳中仅以化合态

存在，含量居第二原子结构示意图

物理性质黑色，固体

，金刚石：硬度大，熔点高，不导电；石墨:熔点高，质软，能导电金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性，半导体材料主要化合价0，+40，+4主要用途金刚石，石墨等硅芯片（半导体），硅太阳能电池一.硅（Si）1.存在及物理性质Si+14842+642C2.化学性质化学性质碳硅与非金属单质反应C+O2=CO2;（氧气充足）2C+O2=2CO;（氧气不足）Si+2F2=SiF4;Si+O2=SiO2;Si+2Cl2=SiCl4;与氧化物反应C+2CuO=2Cu+CO2↑，

C+H2O（g）==CO+H2

不反应与酸反应与浓硫酸，浓硝酸反应Si+HF=SiF4↑+2H2↑（硅只与HF反应）与碱反应不反应Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑（唯一与碱反应放氢气的非金属）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AB3.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①Si(s)＋3HCl(ｇ)======SiHCl3(ｇ)＋H2(ｇ)②SiHCl3＋H2======Si＋3HCl对上述两个反应的下列叙述中，错误的是()A.反应①中HCl是还原剂B.反应②是置换反应C．由于反应②放热，则反应①一定吸热D.两个反应都是氧化还原反应B二.硅的化合物(一)SiO21.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.化学性质化学性质CO2SiO2与水生成碳酸不反应与CCO2+C==

2COSiO2＋2C＝Si＋2CO↑与酸不反应SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O（用于刻蚀玻璃）与氢氧化钠CO2(少)+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2(多)+Na2CO3+H2O=2NaHCO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3++H2O与碱性氧化物CO2+CaO==

CaCO3

SiO2+CaO==

CaSiO3与盐反应CO2+Na2CO3

+H2O==2NaHCO3CO2+

Na2SiO3

+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3

SiO2+Na2CO3==

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3==

CaSiO3+CO2↑

两者相同点都是酸性氧化物，都能与强碱和碱性氧化物反应都有弱氧化性高温高温高温高温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B3、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：①化学式法（表示组成简单的硅酸盐）如：硅酸钠：Na2SiO3

②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CB3．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+H2SiO3Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑2MgO·3SiO2·nH2OMg2Si3O8·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、Zn C．Al、Fe、C、CuD．Al、Si、Zn、NaCDA3、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A4.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：5.44.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