高中化学碳、硅及其化合物性质及应用

SiO2+2C
高温 电炉
Si+2CO↑
2．SiO2与水不反应，如何由SiO2制备硅酸？
答案：由SiO2制备硅酸的过程为：SiO2
N―a―O―H溶―→液
盐酸 Na2SiO3溶液――→H2SiO3 3．实验室里熔融NaOH固体时，能否选用瓷坩埚？为什么？
答案：不能，因为陶瓷中含有SiO2，会与NaOH反应生成 溶于水的Na2SiO3。 应该用铁坩埚。 4．Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，水玻璃能否露置于空气 中长期存放？
SiO2不是两性氧化物。
思考： 1、 SiO2能与水反应得到硅酸吗？ 不能
3、玻璃中有SiO2，氢氟酸如何保存？ 用塑料瓶
4、能用氢氟酸来“雕刻”玻璃吗？
能，生成气体和水 5、实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶用
橡皮塞而不用玻璃塞，知道原因吗？ NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应 生会成使瓶Na塞2S与iO瓶3，口N粘a2结Si而O3无是法一打种开矿。物胶，
（3）玻璃： ①生产过程：
（熔炉）
②成分：
高温
Na2CO3+SiO2=高=温=Na2SiO3+CO2↑ CaCO3 +SiO2===CaSiO3 + CO2↑
③性能混：合物，也可以表示为：Na2O·CaO·6SiO2；
要注意玻璃与石英玻璃成分的对比？两者的主要成分？类别？
玻璃：硅酸盐 ；
石英玻璃：二氧化硅
(5)SiO2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却能与氢氟酸作用。 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(8)无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。 (9)因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入 CO2能发生下列反应：
SiF4↑+2H2↑
其它的酸都不能跟Si反应
性
与碱溶液反 应
Si+2NaOH+H2O== Na2SiO3+2H2↑
粗硅
4、（纯1）硅粗的硅制的取制（取见：必S修iO12P+821C习高电题温炉7)Si+2CO；↑
（2）粗硅提纯： Si+2Cl2 加热 SiCl4 ；
SiCl4+2H2 高温 Si+4HCl
无
传统无机非金属材料: 玻璃、水泥、陶瓷
机
非
金
属
材
料
新型无机非金属材料(见必修1P67)
硅酸盐产品 （1）陶瓷
黏土 Al2O3·2SiO2·2H2O
陶瓷都是以 黏土 为原料，经 高温烧结而成的。
陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成
型等许多优点。
（2）水泥
①生产过程：
②普通硅酸盐水泥的成分： 硅硅铝酸 酸酸二三三钙 钙钙(((323CCCaaaOOO···SASiilOO2O22))3) 混合物 ③性能：水硬性
(5)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气 在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1．牢记2种物质的用途：
①晶体硅：半导体材料、制芯片、太阳能电池。②二氧
化硅：制光导纤维。
2．熟记5个化学方程式：
①Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ②Si＋2NaOH＋ H2O===Na2SiO3＋2H2↑ ③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ④SiO2＋ 2NaOH===Na2SiO3＋H2O ⑤Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下 高温
Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑也能发生。
(10)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分不相同； 硅酸钠水溶液(即水玻璃)称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂
瓶不能用玻璃塞)，并不是碱溶液。
[认知无盲区]
(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性，能被氧
化剂氧化为＋2价或＋4价的化合物。
(2)工业上制备硅的反应： 高温
①粗硅的制备：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑ △
②由粗硅制纯硅：Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4 高温
SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl
[认知无盲区]
1、物理性质： 天然的二氧化硅称为硅石， 分为 晶形体和 无形定两种；二氧化硅 是 岩石、 沙子、 矿物的主要成分， 具有硬度 ，大熔点 ，高 不导易电， 不溶于水等性质。 (哪些名称的物质的主要成分是SiO2？见必 修1P:75)
2、SiO2的结构
硅氧比例：1：2 没有SiO2 分子存在， 只存在硅氧原子 正四面体空间网状结构
硅酸钠：Na2SiO3可以写成 Na2O ·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4
Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O
钠长石:NaAlSi3O8 正长石:KAlSi3O8
Na2O ·Al2O3 ·6SiO2 K2O ·Al2O3 ·6SiO2
2、重要的硅酸盐---- Na2SiO3
碱
Na2SiO3的水溶液俗称 水玻璃 ，呈 性，有黏稠性，可用作防火剂、黏胶剂。
向待检验溶液中滴加足量的 Ca2+或 Ba2+可溶性盐溶 液无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无 色、无味的气体生成，则待检溶液中有 HCO3-。
3、硅的性质： （1）物理性质：单质硅有 晶体硅 和 无定 形两种。晶体硅是灰黑色，有金属 光 泽、硬而脆的固体，类似于金刚石，熔沸 点高，是良好的 半导体 材料。
(2)、硅酸的制备(见必修1P76)
实验4-1
滴入酚酞后溶液变为 红 色，再滴入稀盐
现象 酸，溶液红色变浅至无色，
同时有 白色胶状沉淀 产生。
结论
a、Na2SiO3溶液呈碱性， b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于 水的硅酸，
c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶， d、静置则形成硅酸沉淀。
（2）硅酸的制备——可溶性硅酸盐与其他 酸反应制得：
应为____盐__酸________。
(2)装置B所盛的试剂是_饱_和__N_a_H_C__O_3_溶_液__，其作用是 ___除_去__盐__酸_中__挥__发__出_的__H_C__l气__体_____。 (3)装置C所盛试剂是__N__a_2S_i，O3溶液 C中反应离子方程式是S_iO_3_2_—_＋_C__O_2_＋_H__2O__=_=H__2S_i_O_3_↓_＋_C__O_32_—。
i.长期盛放NaOH溶液的滴瓶不易打开,主要是因为NaOH 吸收了CO2所致
知识点三 Na2CO3与NaHCO3的比较（看《备考指 南》31页学生活动2）
知识点四 HCO3- 、CO32- 的检验
CO32-的检验： 向待检验溶液中滴加一定量的 Ca2+或 Ba2+的可溶性
盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的盐酸．白色沉淀 溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有 CO32-。 HCO3- 的检验：
答案：不能
[考点师说]
硅及其化合物性质的“十大反常” (1)碳族元素的主要化合价一般是＋2、＋4价，而硅常 见的是＋4价。 (2)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还 原出硅。 (3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能 与强碱溶液反应产生氢气。 (4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能 与氢氟酸反应，而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的 置换反应)，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
（2）化学性质：
常温下化学性质 稳定 ；不易跟强酸、
强碱、强氧化剂发生化学反应，但在一定 条件下能跟 HF、浓NaOH溶反液应。
硅和碳单质的性质对比
化学性质
C
Si
与单质反应
点燃
C+O2==CO2
Si+O2==SiO2 Si+2F2==SiF4
C+4HNO3（浓）==
Si+4HF==
还 原
与酸反应
CO2 ↑+4NO2 ↑ +2H2O
；
高纯硅
5、用途(见必修1P79-81和指南P32)
（1）制集成电路、晶体管、硅整流器等 半导体材料
（2）硅太阳能电池：将太阳能直接转换 成光能
（2）含硅4%的钢可制变压器铁芯 （3）含硅15%的钢具有耐酸性，制耐酸设备
对比：二氧硅的用途（见指南P32）
光导纤维、光学仪器、电子部件、石英坩埚、
（二）二氧化硅
由二氧化硅的类别推测有哪些化学性质？
3、化学性质：(见指南P64学生活动5⑴)
①具有酸性氧化物高的温通性：
SiO2+CaO
SiO2+ 2 NaOH
CaNSai2OS3iO3+H2O
； ；
②弱氧化性：SiO2+ 2C 高温 Si + 2CO；↑ ③与氢氟酸的反应：
SiO2+ 4HF
SiF4 ↑ + 2H2O .
(1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。 (2)SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟 酸反应。 (3)SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。
高温 (4)不能依据反应 2C＋SiO2=====Si＋2CO↑来说明 C 的还原性比 Si 强，也不能依据反应 SiO2＋Na2CO3=高==温== Na2SiO3＋CO2↑来说明 SiO2 水化物的酸性比 H2CO3 强。
见指南P64学生活动6（1） 实验4-2 放入蒸馏水 放入Na2SiO3饱和溶液
现象 先变干，后燃烧 仅变干，不燃烧
结论
Na2SiO3可作木材、 纸张的防火剂
与实验②作对照，证明起防火作用的是Na2SiO3而不是水。
见见指指南南PP6644学学生生活活动动6（6（2）2）（3） 三.无机非金属材料
(二）硅酸盐
1、硅酸盐—— 是由硅、氧和金属组成； 的化合物 的总称，是构成地壳岩层的主要 成分。一般都__不__溶__于__水___，化学性质很
___稳__定____。
硅酸盐组成的表示：
1书、硅写酸规盐则化：学金式的属氧氧化化物物表(示两方种法金: 属氧化物，活 泼的写在前面)写在最前面，然后写二氧化硅， 最后写水，而且氧化物之间用“.”隔开
第二章第九节 碳、硅及其化合物的性质及应用
课前检测(见必修1P62-68)
1、下列说法正确的是（A、F） A、硅材料广泛用于光纤通讯 B、工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C、水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品； D、粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 E、硅在自然界以化合态和游离态存在，在地壳中含 量仅次于氧 F、常温下，硅可与氟气、强碱溶液反应；在加热条 件下，硅还可以与氧气、氯气、氢气等物质反应 G、二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 H、因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳， 所以硅酸的酸性比碳酸强
3、硅酸的化学性质：
1.硅酸 ⑴物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸
难 （填“难”或“易”）溶于水。
（1）弱酸性
Na2SiO3+CO2+H2O= H2SiO3↓+Na2CO3
白色胶状
酸性 H2SiO3 < H2CO3
Na2SiO3溶液密封橡胶塞保存保存 （2）不稳定性
H2SiO3 = H2O+SiO2
a、 Na2SiO3+2HCl H2SiO3↓+2NaC；l
b、Na2SiO3+CO2+H2O
H2SiO3↓+Na2C；O3
1．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生 设计了如图所示的装置，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