硅及其化合物知识

无机非金属材料的主角——硅

【知识要点】

一、硅

1．物理性质

晶体硅是一种色具有光泽，硬而脆的固体，熔沸点较高，能导电，是良好的材料。在自然界中只能以化合态存在。主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。其元素含量在地壳中居第位。2．化学性质

化学性质（和碳相似）——形成共价化合物，化学性质不活泼。

①常温下，不能强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸（HF）和烧碱等物质反应:方程式

、、

②加热条件下，能跟一些非金属单质（氧气、氢气）起反应。

（3）工业制法：（焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅）

粗硅提纯后，可以得到可用作半导体材料的高纯硅。

（3）用途：

①作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等；

②制合金：含硅4%的钢具有良好的导磁性——变压器铁芯；

含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性——耐酸设备等。

二、二氧化硅

1．物理性质

硬度大，熔沸点高，不导电，不溶于水。等的主要成分都是二氧化硅，它一般可用于制造光导纤维。

2．化学性质

注意：SiO与CO的比较

CO2SiO2

与碱性氧化物反应

与碱液反应

与盐反应2Na2CO3+SiO2 CaCO3+SiO2

与碳反应

与H2O作用

与酸反应

（一）硅酸

1. 物理性质

2. 制备方法

3. 化学性质

4. 用途

（二）硅酸盐

（1）性质特征：性质稳定，熔点较高，大都溶于水。

（2）主要原料：黏土（Al 2O3·2SiO2·2H2O）、石英（SiO2）和长石（钾长石K2O·Al2O3·6SiO2或钠长石Na2O·Al2O3·6SiO2）。

（3）主要制品：玻璃、水泥、瓷、砖瓦、水玻璃（Na2SiO3的水溶液）等。

（4）水泥和玻璃的生产：

水泥玻璃（普通）

原料石灰石、粘土纯碱、石灰石、石英

设备水泥回转窑玻璃熔炉

反应复杂的物理化学变化

Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑

主要成分

3CaO·SiO2

2CaO·SiO2

3CaO·Al2O3

Na2O·CaO·6SiO2

特性

水硬性

（加石膏调节硬化速度）

玻璃态物质（在一定温度围软化）

非晶体

要点精讲

一、二氧化硅和硅酸

【典型例题】

例1．下列物质中，不能通过化合反应制取的是（）

A．H2SiO3B．Fe(OH)3C．Fe(NO3)2D．CaSiO3

例2．下列各组物质中不起反应的是（）

A．SiO2与纯碱共熔B．CO2通入Na2SiO3溶液

C．SiO2与石共熔D．SiO2和浓H2SO4共热

例3．碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）

A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③

例4．下列叙述中，不正确

．．．的是（）

A ．光导纤维广泛应用于现代通讯，制造光导纤维的主要原料是SiO 2

B ．二氧化碳不宜用于扑灭金属钠燃烧引起的火灾

C ．一定条件下，可将石墨转化为金刚石，这一变化是物理变化

D ．欲除去SiO 2中混有的少量CaCO 3和Fe 2O 3，应加入NaOH 溶液

例5．实验室存放下列各试剂的瓶塞必须用橡皮塞的是（ ）

A ．澄清石灰水

B ．硅酸钠溶液

C ．新制氯水

D ．氯化钙溶液

例6．将CO 2通入下列物质的溶液中不与其反应的是（ ）

①Na 2CO 3 ②Na 2SiO 3 ③NaAlO 2 ④C 6H 5ONa ⑤Ca(ClO)2 ⑥CaCl 2 ⑦CaCO 3

A ．①③④⑤⑥

B ．①⑥

C ．只有①

D ．只有⑥

例7．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误．．

的是（ ）

操作及现象 溶液 A

通入CO 2，溶液变浑浊。再升温至65 ℃以上，溶液变澄清 C 6H 5ONa 溶液 B

通入CO 2，溶液变浑浊。继续通CO 2至过量，浑浊消失 Na 2SiO 3溶液 C

通入CO 2，溶液变浑浊。再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO 2，溶液变浑浊，继续通CO 2至过量，浑浊消失，再加入足量

NaOH 溶液（或加热），又变浑浊。 Ca(OH)2溶液

例8．如果发现114号新元素X ，下列有关X 可能具有的性质合理的是（ ）

A ．X 是非金属元素

B ．X 的+2价化合物比+4价化合物稳定

C ．XO 2具有较强氧化性

D ．X 有稳定的气态氢化物

例9．普通玻璃的成分Na 2CaSi 6O 14，以氧化物形式可表示为 ；钾云母的化学式是K 2H 4Al 6Si 6O 24，以氧化物形式可表示为 。

例10．光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，即信息高速公路。光纤通信所使用的光缆，其主要部件为光导纤维。下列说确的是 ( )

①制造光导纤维的主要原料是CaCO 3；②制造光导纤维的主要原料是SiO 2；③光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射；④光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射

A ．①④

B ．②③

C ．①③

D ．②④

【答案】B

例11．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所措的风化作用是指矿物与水和CO 2同时作用的过程。例如钾长石（KalSi 3O 8）风化生成高岭土[Al 2Si 2O 5(OH)4]，此后反应的离子方程式为： 2KalSi 3O 8+2H 2CO 3+9H 2O==2K ++2HCO 3—+4H 4SiO 4+Al 2Si 2O 5(OH)4.

（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成①KalSi 3O 8______________________ ②Al 2Si 2O 5(OH)4______________________