二氧化硅的性质和用途

二氧化硅的性质和用途重难点归纳

近几年来，高考化学试题中多次考查碳族元素中金刚石、石墨、干冰、晶体硅、晶体二氧化硅的结构。在学习过程中，要通过书本中给出的结构，构建三维立体结构。同时，近几年来较注重考查碳的化合物的性质，在学习过程中要联系生产、生活实际。

1、在本单元学习中，要用元素周期律知识，通过元素非金属性、金属性的递变规律，学习碳族元素性质。

2、要注意区分元素的金属性和金属活动性的区别。元素的金属性和金属活动性有本质区别，它们之间无必然联系。如：从元素周期表的位置看，铅的金属性比锡强，但从金属活动性看，锡比铅强。

3、碳族元素的常见化合价为+2和+4价，一般高价比低价稳定，但铅的低价（+2）比高价（+4）稳定。

4、硅在常温下稳定，但能与氢氟酸和热碱反应。Si + 4HF = SiF4↑ + 2H2↑；

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

硅的这种特性在各级考试中经常出现。

5、金刚石、晶体硅、晶体SiO2均属于原子晶体。其中，前两种的C、Si原子分别是周围四个C、Si原子的四面体中心，后者的Si原子是周围四个O原子的四面体中心。

6、硅酸盐结构复杂，习惯上用氧化物表示。结构上，Si原子是Si、O四面体的中心。

一、知识提要

1．二氧化硅的存在

在自然界中，二氧化硅在地壳中广泛存在，主要存在硅石、石英、硅藻、水晶、沙子里，以结晶形和无定形两种形态广泛存在自然界里。无色透明的六棱柱形、末端具有六面角锥的晶体，叫水晶；普通的黄沙是含铁化合物的石英，石英也是花岗石、片麻石等的组分之一。硅藻土是一种无定形态的二氧化硅，它是死亡的硅藻和其他微小生物的遗体，经沉积胶结成为多孔、质轻、松软的固体物质，表面积很大，吸附能力很强。

2．二氧化硅的结构、物理性质和化学性质：

⑴二氧化硅的结构：晶体二氧化硅是硅原子和氧原子以共价键形成立体网状的晶体，晶体中不存在单个的二氧化硅分子，二氧化硅的硅原子处于正四面体的中心，分别以共价单键跟处于正四面体顶角的4个氧原子结合形成[SiO4]正四面体，Si-O键在空间重复，形成体型“大分子”。晶体中，最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，共12个原子，硅氧原子个数比为1:2，所以组成最简式为SiO2，晶体中不存在单个的分子。

⑵物理性质：二氧化硅晶体是一种坚硬、有脆性、不导电、难熔（熔点1710℃）也难溶于水的无色固体。

⑶化学性质：二氧化硅是硅酸的酸酐，但其不能与水反应生成硅酸。由于硅氧键较牢固，化学性质十分稳定。是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的一些性质，如在高温下能与碱性氧化物、碱、纯碱等起反应而生成硅酸盐；二氧化硅不与一般的酸反应，有较好的抗酸性，但能被氢氟酸腐蚀，所以人们常用氢氟酸来雕刻玻璃；能被强还原剂（碳）在高温下还原得粗硅。有关反应如下：

SiO2+4HF= SiF4↑+2H2O

SiO2+2NaOH= Na2SiO3+2H2O

SiO 2+Ca （OH ）2=CaSiO 3+H 2O

SiO 2+CaO === CaSiO 3

SiO 2+2C === Si+2CO ↑

SiO 2+ Na 2CO 3 === Na 2SiO 3+CO 2↑

SiO 2+ CaCO 3=== CaSiO 3+ CO 2↑

SiO 2+ Na 2SO 3=== Na 2SiO 3+SO 2↑

3．二氧化硅的用途：用作光导纤维、光学玻璃、光学仪器、高级化学仪器、钟表、石英坩埚、玛瑙饰品、建筑材料等。硅藻可以作为吸附剂和催化剂的载体以及保温材料。 二、疑难问答

1．为什么实验室中盛碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？氢氟酸保存时应注意什么？ 答：玻璃中含二氧化硅，碱液能与二氧化硅反应而不与橡皮作用；不用玻璃瓶或玻璃塞，用塑料瓶。

2．“二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与强碱反应，所以二氧化硅有两性”。这句话对吗？ 答：不对。二氧化硅与氢氟酸反应是其特性，且反应产物也不是盐和水，它不与其它酸反应，只是酸性氧化物，与所有强碱都能反应生成盐和水。

3． 碳和硅同组族，二氧化碳与二氧化硅的组成相似，二者有何异同？

4．硅酸盐通常可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，用氧化物的形式表示硅酸盐时应注意什么？

答：用氧化物的形式表示硅酸盐时应注意：元素化合价不变；原子个数比不变；氧化物系数配置为最简整数；按活泼“金属氧化物—较不活泼金属氧化物—二氧化硅—水”的顺序写，中间用间隔号隔开。

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5．将下列盐表示成氧化物的形式。

Mg 2SiO 4 KAlSi 3O 8 Al 2(Si 2O 5)(OH)4

Pb 2PbO 4 K 3PO 4 KH 2PO 4 NaNO 3 Na 2CO 3

三、典型例题

[例1] 若发现114号新元素X ，它的最外层有4个电子,下列有关叙述正确的是（ ）

A ．有稳定的气态氢化物XH 4

B ．X 的最高正价氧化物化学式为XO 2

C ．X 为非金属元素

D ．X 的低价氧化物是酸性氧化物

[解析] 由同主族元素性质递变规律，同主族元素的氢化物的稳定性依次减弱，金属性依次增强，氧化物、氢氧化物的碱性依次增强，所以A 、C 、D 错，由同主族元素性质相似性，他们的最高正价都是+4价，故选B 。

[例2] 在下列物质的转化关系中， A 是一种固体物质，E 是一种白色沉淀。据此填写：

⑴B 的化学式是 ， B 在固态时属于

晶体。 ⑵B 和a 溶液反应的离子方程式是 ⑶A 和a 溶液反应的离子方程式

[解析] 根据C 和过量盐酸反应生成白色沉淀E ，所以E 为不溶性的酸，在常见的酸中，不溶性的酸只有H 4SiO 4（或H 2SiO 4），所以E 为原硅酸，B 为SiO 2、D 为H 2O 、A 为单质硅，B 为SiO 2。

[例3] 石英砂和焦炭在高温电炉中，可以合成金刚砂（SiC ），金刚砂硬度很大，工业上用作磨料。生产金刚砂的过程中可能发生的反应方程式为 ， 金刚砂的结构类似于 ，熔点比 低，比 高（选以下选项字母填空）

A 金刚石

B 石墨

C 晶体硅

D SiO 2

随着碳和SiO 2

[解析] 碳和SiO 2物质的量配比的变化，固体产物和残留反应物的成分也相应变化。反应有：

2C+SiO 2 ===Si+2CO ，3C+SiO 2===SiC+2CO ；金刚砂的结构类似于金刚石或晶体硅，熔点比金刚石、石墨低，比晶体硅、二氧化硅高（与原子半径有关）；当n （C ）/n （SiO 2）＜2时，固体产物和残留反应物的成分为Si 、SiO 2；当n （C ）/n （SiO 2）=2时，固体产物的成分是

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