硅及其化合物知识
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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:SiO2与CO2的比较
CO2SiO2
与碱性氧化
物反应
与碱液反应
2Na2CO3+SiO2
与盐反应
CaCO3+SiO2
与碳反应
三、硅酸及硅酸盐
(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(Al2O3·2SiO2·2H2O)、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、陶瓷、砖瓦、水玻璃(Na2SiO3的水溶液)等。
(4)水泥和玻璃的生产:
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(在一定温度范围
内软化)
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与大理石共熔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SiO2
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SiO2中混有的少量CaCO3和Fe2O3,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CO2通入下列物质的溶液中不与其反应的是()
①Na2CO3②Na2SiO3③NaAlO2④C6H5ONa⑤Ca(ClO)2⑥CaCl2⑦CaCO3
A.①③④⑤⑥ B.①⑥C.只有①D.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CO2,溶液变浑浊。再升温至65 ℃以上,溶液C6H5ONa溶液
B通入CO2,溶液变浑浊。继续通CO2至过量,浑浊消Na2SiO3溶液
C通入CO2,溶液变浑浊。再加入品红溶液,红色褪去Ca(ClO)2溶液
D通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消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.XO2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Na2CaSi6O14,以氧化物形式可表示为;钾云母的化学式是K2H4Al6Si6O24,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。下列说法正确的是 ( )
①制造光导纤维的主要原料是CaCO3;②制造光导纤维的主要原料是SiO2;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CO2同时作用的过程。例如钾长石(KalSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4],此后反应的离子方程式为:
2KalSi3O8+2H2CO3+9H2O==2K++2HCO3—+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4.
(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成①KalSi3O8______________________ ②Al2Si2O5(OH)4______________________
(2)上述反应能够发生的原因是____________________________________________。