高一化学《无机非金属材料的主角—硅》知识点归纳及其典例解析

无机非金属材料的主角—硅

【学习目标】

1、掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，粗硅的制法；

2、认识硅酸盐作为无机非金属材料的特性及其用途。

【要点梳理】

（1）由于玻璃的成分中含有SiO 2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 （2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。

（3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO 2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。

2．二氧化硅的用途

常被用作石英表中的压电材料，高性能的现代通讯材料——光导纤维。 3．二氧化硅的结构特点

在SiO 2晶体中，每个Si 周围结合4个O ，Si 在中心，O 在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O 相连接，每个O 为两个四面体所共有，即每个O 与2个Si 相结合。实际上，SiO 2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。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。

要点二、硅酸（H 2SiO 3） 1．硅酸的性质

硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。 硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。如：H 2SiO 3+2NaOH==Na 2SiO 3+2H 2O 。 硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiO 2和H 2O 。 2．硅酸的制取

由于SiO 2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。 Na 2SiO 3+2HCl=H 2SiO 3↓+2NaCl ，

Na 2SiO 3+CO 2+H 2O=H 2SiO 3↓+Na 2CO 3（证明酸性：H 2CO 3＞H 2SiO 3）。 要点三、硅酸盐

1．硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。一般不溶于水，稳定性高。它是构成岩石和土壤的主要成分，硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常用氧化物的形式来表示其组成。例如：硅酸钠Na 2SiO 3（Na 2O·

SiO 2），

高岭石Al2Si2O5(OH)4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。

书写顺序为：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

注意事项：（1）氧化物之间以“·”隔开；（2）计量数配置出现分数应化为整数。

例如：钾长石KAlSi3O8不能写成1

2

K2O·

1

2

Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。

2．常用的硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。

3．无机非金属材料。

（1）传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥。

（2）新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。

要点四、硅的单质

1．硅的化学性质。

在常温下，硅的化学性质不活泼。不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等反应。但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。

（1）硅和氟气反应：Si+2F2=SiF4。

（2）硅和氢氟酸反应：Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。

（3）硅和氢氧化钠溶液反应：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。

（4）硅在氧气中加热：Si+O2△

SiO2。

规律总结：硅与烧碱溶液反应的实质是：

Si+3H2O △

H2SiO3+2H2↑，

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。

从分步反应看，起氧化作用的只是H2O，而NaOH既不是氧化剂又不是还原剂，仅为反应物。其电子转移情况为：

2．硅的工业制法。

3．晶体硅的用途。

用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。

【典型例题】

类型一、SiO2的性质和用途

例1、在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（）①焦炭②纯碱③碳酸钙④氢氟酸⑤浓硝酸⑥烧碱溶液⑦氧化钙⑧氮气

A．③⑤⑦⑧B．⑤⑦⑧C．⑤⑧D．⑤【答案】C

【解析】SiO2作为酸性氧化物，可与强碱和碱性氧化物反应，在常温下SiO2可与氢氟酸反应，在加热时SiO2可被焦炭还原，可与碳酸钙、纯碱反应。

【总结升华】二氧化硅的化学性质很稳定，常温下只与氢氟酸、强碱溶液反应，在加热条件下可体现二氧化硅酸性氧化物的通性。

举一反三：

【变式1】不能用磨口玻璃塞的试剂瓶贮存的一组物质是（）

A．溴水、氯水、碘水

B．氢溴酸、盐酸、氢硫酸

C．浓硝酸、浓硫酸、高氯酸

D．NaOH溶液、KOH溶液、Na2SiO3溶液

【答案】D

【变式2】赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而成的。这种物质是（）A．盐酸B．氢氟酸C．烧碱D．纯碱

【答案】B

【变式3】地壳中含量位于第一、二位的元素之间形成的化合物不具有的性质是（）A．常温下与苛性钠反应B．常温下与水反应

C．常温下与氢氟酸反应D．高温下与氧化钙反应

【答案】B

【变式4】下列关于二氧化硅的叙述不正确的是（）

A．二氧化硅晶体是由SiO2分子构成的，它的熔点高、硬度大

B ．不可用石英坩埚熔融烧碱

C ．二氧化硅可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维

D ．二氧化硅能溶于氢氟酸中，这是由它的晶体结构决定的 【答案】AD

【解析】在SiO 2晶体中只存在Si 、O 两种原子，而没有SiO 2分子；石英的主要成分是SiO 2，它能与烧碱反应，故不能用石英坩埚熔融烧碱；SiO 2可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维：二氧化硅之所以能溶于氢氟酸是因为二者反应生成了SiF 4气体和H 2O ，这与它的晶体结构无关。 类型二、硅酸的性质和制备

例2、写出以SiO 2为原料制备H 2SiO 3的化学反应方程式________。 【答案】①SiO 2+2NaOH==Na 2SiO 3+H 2O ；

②Na 2SiO 3+2HCl==2NaCl+H 2SiO 3↓（或Na 2SiO 3+CO 2+H 2O==Na 2CO 3+H 2SiO 3↓）

【解析】SiO 2难溶于水，不能与水发生反应，这样就只能先用SiO 2与其他物质作用生成硅酸盐，再根据硅酸是弱酸，用硅酸盐与酸作用来制备硅酸。

【总结升华】一般来说，受热易分解的酸或碱，其对应的氧化物不能与水反应。如H 2SiO 3

△

SiO 2+H 2O ，

则SiO 2不能与水反应；Cu(OH)2

△

CuO+H 2O ，则CuO 不能与水反应。

举一反三：

【变式1】下列离子方程式不正确的是（ ）

A ．石英与烧碱溶液反应：SiO 2+2OH －==SiO 32－

+H 2O

B ．向氢氧化钠溶液中通入过量CO 2：CO 2+2OH －==CO 32－

+H 2O

C ．向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H ++SiO 32－

==H 2SiO 3↓

D ．向碳酸钙上滴稀硝酸：CO 32－

+2H +==H 2O+CO 2↑ 【答案】BD

【变式2】下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（ ） A ．Na 2SiO 3→H 2SiO 3 B ．SiO 2→Na 2SiO 3

C ．H 2SiO 3→SiO 2

D ．SiO 2→H 2SiO 3【答案】D 【变式3】下列过程中，生成物的化学成分相同的是（ ） （1）纯碱晶体置于空气中，会生成白色粉末状物质 （2）盛澄清石灰水的烧杯内壁内附着白色物质 （3）生石灰久置于空气中，会生成白色固体物质

（4）Na 2SiO 3的水溶液置于敞口容器中，溶液中出现白色浑浊

A ．（1）（4）

B ．（2）（3）

C ．（1）（2）

D ．（3）（4） 【答案】B

【变式4】能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验事实是（ ） A ．CO 2通入Na 2SiO 3溶液中有胶状沉淀生成

B ．干冰（CO 2）是由分子组成的，而SiO 2是由原子直接组成的

C ．高温下能发生反应：Na 2CO 3+SiO 2Na 2SiO 3+CO 2↑

D ．CO 2溶于水生成碳酸，而SiO 2却不溶于水 【答案】A

【解析】A 中反应方程为Na 2SiO 3+CO 2+H 2O==H 2SiO 3↓+Na 2CO 3，符合强酸制弱酸的规律，可证明碳酸比硅酸酸性强；B 中是CO 2和SiO 晶体结构的对比，D 中是CO 2和SiO 2溶解性的对比，都不能证明碳酸酸性比硅酸强；C 中说明高温下硅酸盐比碳酸盐稳定，也不能证明碳酸比硅酸酸性强。 类型三、 硅酸盐的性质及其表示方法

例3、用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是（ ） A ．钙沸石[Ca(Al 2Si 3O 10)·3H 2O]，表示为3SiO 2·CaO·Al 2O 3·3H 2O B ．镁橄榄石（Mg 2SiO 4），表示为MgO·12

SiO 2

C ．钾云母（K 2Al 6Si 6H 4O 24），表示为K 2O·2H 2O·3Al 2O 3·6SiO 2

D ．高岭石[Al 2(Si 2O 5)(OH)4]，表示为Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 【答案】D

【解析】根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A 中Al 2O 3和SiO 2的排列顺序有误，正确写法为