2024届高考化学一轮总复习第四单元非金属及其化合物第10讲硅及其重要化合物课件

(氢氟酸能刻蚀玻璃；氢氟酸用塑料瓶存放)；高温下与碱性氧化物(如 CaO)反应： SiO2＋CaO=高==温==CaSiO3； 与某些盐(如 Na2CO3)发生反应：SiO2＋Na2CO3=高==温==Na2SiO3＋CO2↑。 4．用途：制作光导纤维、玛瑙饰物、石英坩埚、水晶镜片、石英钟、仪器轴承、玻 璃和建筑材料等。
考点一 硅和二氧化硅
自然界中，硅无游离态存在，只以化合态(以SiO2或硅酸盐的形式)存在于地壳的矿 物和岩石里。 一、硅 1．原子和晶体结构：硅元素的原子序数为 14，基态原子的简化电子排布式为 [Ne]3s23p2，核外电子的运动状态有14种，不成对电子数为2；单晶硅为共价晶体， 晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的Si原子形成4个σ键，Si原子的配位数 为4，晶体中最小的环是六元环，1个环中平均含有0.5个Si原子，含Si—Si键数为1。 2．物理性质：灰黑色固体，有金属光泽，熔、沸点高，硬度大，有脆性，是常见 的半导体材料和合金材料。金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚 石、碳化硅、晶体硅。
下列说法正确的是________(填序号)。 ①因为 HF 与 SiO2 反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 ②下列转化在一定条件下能够实现：SiO2―H―C→l SiCl4―高H―温2→Si ③石英砂可用于生产单晶硅 ④用 NaOH 溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅 ⑤Si 和 SiO2 都可用于制造光导纤维 ⑥SiO2 既能和 NaOH 溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 ⑦向 Na2SiO3 溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋ ⑧SiC 与 SiO2 的熔点均与所含化学键的键能有关
A．Y、Z分别为H2、Cl2 B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化 剂与还原剂的物质的量之比为1∶1 C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中 硅元素的化合价为＋4 D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
二、二氧化硅 1．空间结构：二氧化硅是直接由原子构成的共价晶体，晶体中Si原子均以sp3杂化， 分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，晶体中的最小环为12元环， 其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si—O；每个Si原子被12个环共有，每个O 原子被6个环共有，每个Si—O被6个环共有，Si原子数与O原子数之比为1∶2。 2．物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。二氧化硅的熔沸点高于干冰的原因是 二氧化硅是共价晶体、二氧化碳是分子晶体。 3．化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应(氢氟酸除外)，能 与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应，写出有关反应的 化学方程式： 与强碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(碱性溶液存放应用橡皮塞)； 与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
下列说法正确的是________(填序号)。 ①硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 ②高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ③玻璃瓶不能盛放氢氟酸 ④SiO2与水反应可制取硅酸 ⑤CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀 ⑥水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ⑦玻璃是一种纯净物 ⑧陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料 ⑨水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 ⑩烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中
3．化学性质：常温下化学性质不活泼，只能跟 F2、HF 和 NaOH 溶液反应，写出有 关反应的化学方程式：Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，Si＋2NaOH＋ H2O===Na2SiO3＋2H2↑； 在高温条件下，单质硅能与 O2 和 Cl2 等非金属单质反应，写出有关反应的化学方程 式：Si＋O2=高==温==SiO2，Si＋2Cl2=高==温==SiCl4。 4．用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片以及合金材料等。 5．制备：工业上，用 C 在高温下还原 SiO2 可制得粗硅，写出有关反应的化学方程 式：SiO2＋2C===Si(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2===SiCl4，SiCl4＋2H2===Si(纯)＋4HCl。
解析：硅在地壳中的含量位于氧元素之后，居第二位，①错误；光导纤维的成分
是SiO2，②错误；普通玻璃是硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)和二氧化硅(SiO2) 等熔合而得到的物质，氢氟酸与二氧化硅易发生如下反应：SiO2＋4HF===SiF4↑ ＋2H2O，故玻璃瓶不能盛放氢氟酸，氢氟酸通常盛放在塑料瓶中，③正确；SiO2 是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与水反应制取硅酸，④错误；H2SiO3是一 种 弱 酸 ， 酸 性 比 碳 酸 还 要 弱 ， CO2 通 入 水 玻 璃 发 生 的 反 应 为 ： Na2SiO3 ＋ CO2 ＋ H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，⑤正确；水晶、光导纤维的主要成分均是SiO2，并不 是硅酸盐，⑥错误；玻璃的成分主要是SiO2和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、 沸点，⑦错误；玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土，⑧错误；
质 与碱性氧 如与 CaO 反应：
如与 CaO 反应：
化物反应 SiO2＋CaO=高==温==CaSiO3
CO2＋CaO==△===CaCO3
1．(2021·广东实验中学月考)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 () A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C．反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为氧化剂 D．硅能与氢氟酸反应，则硅也可以与盐酸反应
水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，⑨错误；盛放烧碱溶液的试剂瓶若使用玻璃
塞封口，玻璃塞中的SiO2跟碱液反应生成Na2SiO3，而使瓶口和瓶塞黏结在一起， ⑩正确。 答案：③⑤⑩
解析：由粗硅制备单晶硅的过程一般为 Si―C―l2→SiCl4―H―2→Si＋HCl，都是氧化还原 反应，B 项错误；C 项中 Si 为还原剂，C 项错误；硅不能与盐酸反应，D 项错误。
答案：A
2．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主 要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示。下列说法错误的是( )
解析：B 项中的反应为 3C＋SiO2==△===SiC＋2CO↑，氧化剂与还原剂均为 C，二者 之比为 1∶2。 答案：B
考点二 硅酸和硅酸盐
一、硅酸 1．物理性质：不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，吸附水分能力强。 2．化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸弱，其酸酐为SiO2，不能直接由 SiO2 溶 于 水 制 得 ， 用 可 溶 性 硅 酸 盐 与 酸 反 应 制 取 ： Na2SiO3 ＋ 2HCl===2NaCl ＋ H2SiO3↓( 或 Na2SiO3 ＋ CO2 ＋ H2O===H2SiO3↓ ＋ Na2CO3 ， 此 方 程 式 证 明 酸 性 ： H2SiO3＜H2CO3)。 3．用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。
[易错提醒]
二氧化碳和二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学式 主要物
SiO2
CO2
硬度大，熔、沸点高，常温 熔、沸点低，常温下为气体，可
理性质
下为固体，不溶于水
溶于水
与水反应 化
不反应
CO2＋H2O H2CO3
学 与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋
不反应
性
4HF===SiF4↑＋2H2O
质 与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋ CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
类，领悟结构决定性质。 因。
2．变化观念与平衡思想：通过比较、分析硅及其化合物 2．了解硅酸及常见硅
的性质和应用，知道二氧化硅发生化学反应需要一定的条 酸盐的性质。
件，并遵循一定规律。 3．了解硅酸盐工业及
3．证据推理与模型认知：通过分析、推理等方法认识研 新型无机非金属材料的
究硅的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。能 性质与应用
第四单元
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
非金属及其化合物
第10讲 硅及其重要化合物
考点要求
核心素养
1．宏观辨识与微观探析：从微观的角度认识硅的原子结 1．了解Si和SiO2的主要 构理解其性质，从宏观辨识硅及其化合物的性质和应用， 性质，了解CO2和SiO2 从不同层次认识碳、硅化合物的多样性，并对物质进行分 物理性质差异的主要原
H2O
或CO2＋NaOH===NaHCO3
续上表
如与 Ca(ClO)2 反应：
化 学
与盐 反应
如与 Na2CO3 反应： SiO2＋Na2CO3=高==温==Na2SiO3
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=== CaCO3↓＋2HClO；
性
＋CO2↑
CO2＋Na2CO3＋H2O===
2NaHCO3
二、硅酸盐
硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐种类很多，大多数难
溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3。 1．硅酸钠：水溶液俗称水玻璃，可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。 2．黏土：化学成分主要是Al2Si2O5(OH)4，土壤胶体一般带负电荷，具有保肥能力。 3．水泥的主要成分是硅酸三钙：3CaO·SiO2、硅酸二钙：2CaO·SiO2、铝酸三钙： 3CaO·Al2O3；玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。 4．氧化物表示形式：复杂硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂 化 合 物 ， 可 以 改 写 为 aMxOy·bSiO2·cH2O 的 方 式 ， 如 硅 酸 钠 (Na2O·SiO2) 、 石 棉 (3MgO·CaO·4SiO2)、钾长石(K2O·Al2O3·6SiO2)、普通玻璃(CaO·Na2O·6SiO2)、黏土 (Al2O3·2SiO2·2H2O)。 5．新型陶瓷：新型陶瓷一般指的是高温结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、透明陶 瓷、生物陶瓷等性能优良的新型无机非金属材料。
酸反应，没有生成盐和水，不是两性氧化物，⑥错误；向 Na2SiO3 溶液中滴加稀盐酸 的离子方程式为 SiO23－＋2H＋===H2SiO3↓，⑦错误；SiC 和 SiO2 都是共价晶体，熔 化断裂的是共价键，与化学键有关，⑧正确；因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成 时硅与氧易结合，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，⑨错误； 依据元素周期律可知，硅的还原性大于碳，题给反应能发生是因为产物中有 CO 气体 生成，使平衡正向移动，⑩错误；二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与 NaOH 溶液反应生成盐和水，⑪错误；盐酸与 SiO2 不反应，与 CaCO3 反应，⑫正确。 答案：①③⑧⑫
运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律
续上表
【考情分析】 硅及其化合物的用途越来越受到人们的重视，许多高科技领域 的新型无机非金属材料都与硅有关，因此近几年有关硅及其化合物的考题越来 越多，已成为现在高考的新热点。近几年高考对硅及其化合物的考查，主要集 中在三个方面：硅、二氧化硅的用途；硅及其化合物的性质；硅及其化合物的 制备。常见的题型有选择题和实验题
⑨碳和硅均为ⅣA 族元素，自然界中有碳和硅的多种单质存在 ⑩在粗硅的制取中发生 2C＋SiO2=高==温==2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于 硅的还原性
⑪二氧化碳和二氧化硅都可溶解在 NaOH 溶液中 ⑫用盐酸可除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙 解析：氟化氢和二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可以刻蚀玻璃，①正确；四氯 化硅被氢气还原可以制备单质硅，但SiO2与盐酸不反应，②错误；石英砂主要成分 为SiO2，可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶硅，③正确；氧化铁是碱性氧化物， 二氧化硅是酸性氧化物，所以可先用氢氧化钠溶液溶解，过滤，得氧化铁固体和 硅酸钠溶液，往硅酸钠溶液中加入盐酸，过滤，将所得沉淀加热即可得到二氧化 硅，④错误；Si可用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维，⑤错误；SiO2和氢氟