第四章 第一节 第2课时

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 2O

B ．镁橄榄石(Mg 2SiO 4)表示为MgO·1

2

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 ．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F2、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SiO2－3

B．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·2SiO2

B．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。