第4章 第1节 第2课时 硅酸盐和硅单质

第2课时硅酸盐和硅单质[学习目标定位] 1.知道硅酸钠的性质和用途。

2.学会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。

3.知道玻璃、水泥和陶瓷是硅酸盐制品以及生产它们的主要原料。

4.知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途。

一、硅酸盐1．硅酸盐的组成与性质用氧化物形式表示硅酸盐的组成(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。

(2)氧化物之间以“·”隔开。

(3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。

(4)若出现分数时应化为整数。

2．最简单的硅酸盐3．三种常见的硅酸盐产品4.特殊功能的含硅物质(1)金刚砂(SiC)具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮磨料。

(2)硅钢(含硅4%)具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯。

(3)硅橡胶：既耐高温又耐低温，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料等。

(4)人工制造的分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)，主要用作吸附剂和催化剂。

例1 下列叙述正确的是( )A ．硅酸钠是硅酸盐，但不能溶于水B ．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐C ．建筑工业常用水玻璃作黏合剂D ．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火答案 C解析 Na 2SiO 3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。

例2 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[CaAl 2Si 3O 10·3H 2O ]表示为Al 2O 3·CaO·3SiO 2·3H 2OB ．镁橄榄石(Mg 2SiO 4)表示为MgO·12SiO 2 C ．钾云母(K 2Al 6Si 6H 4O 24)表示为K 2O·2H 2O·3Al 2O 3·6SiO 2D ．滑石(Mg 3H 2Si 4O 12)表示为3MgO·4SiO 2·H 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CaO 的排列顺序有误；B 中化学计量数出现了分数；C 中正确的写法应为K 2O·3Al 2O 3·6SiO 2·2H 2O ；D 的写法符合要求。

二、硅单质1．单质硅的结构单质硅有晶体硅和无定形硅两类。

晶体硅结构如图所示：(1)具有正四面体形的网状结构；(2)与金刚石的结构相似。

2．单质硅的性质(1)物理性质①晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。

②导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

(2)化学性质①加热时硅能与氧气、氯气、碳等发生反应。

写出硅与氯气反应的化学方程式： Si ＋2Cl 2=====加热SiCl 4。

②常温下，硅能与F 2、HF 反应，写出硅与氢氟酸反应的化学方程式：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。

③写出常温下硅与氢氧化钠溶液反应的化学方程式： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。

3．单质硅的制备单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段：(1)用碳还原二氧化硅制备粗硅，反应的化学方程式是SiO 2＋2C=====高温Si(粗)＋2CO ↑。

(2)将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅，反应的化学方程式是Si(粗)＋2Cl 2=====△SiCl 4，SiCl 4＋2H 2=====高温Si(纯)＋4HCl 。

(1)硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅。

(2)单质硅常用作半导体材料和合金材料。

例3 我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。

下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A ．晶体硅和金刚石的物理性质相似B ．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C ．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D ．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电答案 A解析 晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F 2、HF 和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。

例4 下列关于碳和硅的比较，正确的是( )A ．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸B ．碳和硅的最高正价都是＋4价C ．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态答案 B解析SiO2不溶于水，也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅。

故正确答案为B。

思维启迪(1)硅与碳相似，常温下化学性质都不活泼，但硅单质常温下能与F2、HF、强碱溶液反应。

(2)虽然碳比硅活泼，但碳在自然界中以游离态和化合态存在，而硅只能以化合态存在，原因是硅是亲氧元素。

硅及其化合物的转化关系1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)制水泥、玻璃的共同原料是石灰石()(2)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物()(3)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定()(4)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐()(5)水玻璃、胆矾都是纯净物()(6)Na2SiO3性质稳定，长期保存在空气中不变质()(7)硅在电子工业中是最重要的半导体材料()(8)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料()(9)单质硅常用作光电池和光导纤维()(10)硅单质与NaOH溶液反应时，H2O与NaOH作氧化剂()答案(1)√(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×(7)√(8)√(9)×(10)×2．下列有关硅酸盐的说法中正确的是()A．硅酸盐中的阴离子都是SiO2－3B．硅酸盐都难溶于水C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂答案 D解析硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如Na2SiO3)，也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。

3．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O x，铜为＋2价)。

下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是() A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于6答案 C解析“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。

“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2。

4．下列有关普通玻璃的说法不正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起答案 B解析工业上生产玻璃的原料有纯碱、石灰石和石英；玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，属于混合物，在加热熔化时没有固定的熔点；普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅；盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起。

5．(2018·大庆高一下学期开学考试)下列有关硅的说法不正确的是()A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应答案 C解析A项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；B项，硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料，正确；C项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与F2、HF等物质发生反应，错误；D项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。

6．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。

(1)SiO 2是玻璃的成分之一，SiO 2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为__________________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。

(2)用Na 2SiO 3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na 2SiO 3的用途为可作________的原料。

(3)工业上常用2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO ↑制备粗硅，该反应中有元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。

答案 (1)SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O 氢氟酸 (2)防火剂 (3)C SiO 2解析 (1)SiO 2与NaOH 溶液反应的化学方程式为SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O 。

由于SiO 2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。

(2)Na 2SiO 3的水溶液又称“水玻璃”，它具有阻燃的功能，因此可作防火剂。

(3)反应中C 被氧化，SiO 2被还原，因此SiO 2作氧化剂。

[对点训练]题组一 硅酸盐1．国际上已禁止民用产品使用石棉制品，避免吸入石棉纤维而诱发肺病。

某石棉(硅酸盐)的化学式可表示为Ca 2Mg x Si y O 22(OH)2，式中的x 、y 的值分别为( )A ．8,3B ．5,8C ．3,8D ．8,5答案 B解析 根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得2×2＋2x ＋4y －2×22－1×2＝0。

则x ＋2y ＝21，只有B 项符合。

2．我国成功地发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。

月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm 厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi 2O 6]、斜长石[KAlSi 3O 8]和橄榄石[(Mg ，Fe )2SiO 4]等，下列说法或分析不正确的是( )A ．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐B ．斜长石的氧化物形式可表示为K 2O·Al 2O 3·6SiO 2C ．铁橄榄石(Fe 2SiO 4)中铁为＋2价D ．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱答案 D解析 辉石、斜长石及橄榄石均由硅、氧和金属元素组成，属于硅酸盐；根据化合价不变、原子比例不变，可将扩大2倍后的KAlSi 3O 8改写为K 2O·Al 2O 3·6SiO 2；含变价元素的化合物，可根据化合价代数和为0来讨论，硅为＋4价，氧为－2价，铁化合价必为＋2价，含亚铁离子；无论是地球还是月球上，铁原子核及核外电子均相同，化学性质相同，只是因月球大气层无氧气，因此月球上有游离态铁存在。