第4章 第1節(jié) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅

1、.第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅學(xué)習(xí)目的：1.理解硅的原子構(gòu)造及存在形式，并掌握硅的物理化學(xué)性質(zhì)。2.理解SiO2的存在形態(tài)，掌握其化學(xué)性質(zhì)。3.記住硅酸的性質(zhì)，理解硅膠的形成及性質(zhì)。4.會(huì)把硅酸鹽寫(xiě)成氧化物的形式，并理解硅酸鹽的性質(zhì)。5.理解無(wú)機(jī)非金屬材料的消費(fèi)及用處。自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知1硅元素的存在2二氧化硅SiO21存在SiO2的存在形式有結(jié)晶形和無(wú)定形兩大類，水晶、瑪瑙的主要成分是結(jié)晶的二氧化硅。2構(gòu)造SiO2晶體是由Si和O按原子數(shù)之比為12的比例組成的立體網(wǎng)狀構(gòu)造的晶體。每個(gè)硅原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)O原子，每個(gè)O周?chē)Y(jié)合2個(gè)Si原子。3物理性質(zhì)熔點(diǎn)高；硬度大；溶解性：不溶

2、于水。4化學(xué)性質(zhì)具有酸性氧化物的通性a可與NaOH溶液反響，其化學(xué)方程式為SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。b可與氧化鈣反響，其反響方程式為SiO2CaOCaSiO3。高溫下與鹽的反響初中學(xué)習(xí)工業(yè)上制玻璃時(shí)，SiO2可與部分鹽反響：SiO2分別與CaCO3、Na2CO3的反響SiO2CaCO3CaSiO3CO2、Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。特性除氫氟酸外，SiO2一般不與其他酸反響，SiO2與HF溶液反響，反響的化學(xué)方程式為SiO24HF=SiF42H2O。6用處沙子是根本的建筑材料。純潔的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的根本原料，可以制作光導(dǎo)纖維。石英和瑪瑙制作飾物和工藝

3、品。實(shí)驗(yàn)室中使用石英坩堝。3硅酸H2SiO31物理性質(zhì)硅酸是一種難溶于水的白色膠狀物。2化學(xué)性質(zhì)弱酸性向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀，反響的化學(xué)方程式為Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。結(jié)論：H2SiO3酸性比H2CO3酸性弱。不穩(wěn)定性H2SiO3不穩(wěn)定，受熱易分解，反響的化學(xué)方程式為H2SiO3SiO2H2O。3制備H2SiO3膠體Na2SiO3溶液中參加鹽酸，反響的化學(xué)方程式為Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3膠體。4存在及用處濃度小且邊加邊振蕩時(shí)，形成硅酸溶膠膠體；濃度大時(shí)，形成硅酸凝膠。硅膠硅酸凝膠經(jīng)枯燥脫水得到的硅酸干凝膠，稱為“硅膠，

4、具有很強(qiáng)的吸水性，常用作枯燥劑或催化劑的載體。4硅酸鹽及其硅酸鹽產(chǎn)品1硅酸鹽的組成與表示方法定義：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。性質(zhì)：構(gòu)造復(fù)雜，大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。表示：通常以二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如，Na2SiO3：Na2O·SiO2。長(zhǎng)石KAlSi3O8：K2O·Al2O3·6SiO2。鎂橄欖石Mg2SiO4：2MgO·SiO2。微點(diǎn)撥：以氧化物形式表示硅酸鹽組成的方法1方法：找出組成元素；寫(xiě)出氧化物的形式；注意原子守恒；檢查有無(wú)遺漏。2氧化物的順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。3氧化物前化學(xué)計(jì)量數(shù)配置

5、原那么：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原那么配置化學(xué)計(jì)量數(shù)，假如出現(xiàn)分?jǐn)?shù)，擴(kuò)大倍數(shù)化為整數(shù)。4氧化物之間用“·隔開(kāi)。2最簡(jiǎn)單的硅酸鹽Na2SiO33三種常見(jiàn)的硅酸鹽產(chǎn)品無(wú)機(jī)非金屬材料產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分水泥石灰石、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸二鈣2CaO·SiO2硅酸三鈣3CaO·SiO2鋁酸三鈣3CaO·Al2O3玻璃純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土4其他含硅物質(zhì)SiC：俗稱金剛砂，類似金剛石的構(gòu)造和性能。含4%硅的硅鋼具有導(dǎo)磁性，用作變壓器鐵芯。硅橡膠：耐高溫又耐低溫。人造分子篩：作吸附劑和催化

6、劑。5硅單質(zhì)1種類及構(gòu)造單質(zhì)硅分為晶體和無(wú)定形兩種，晶體硅的構(gòu)造與金剛石類似。2性質(zhì)物理性質(zhì)色、態(tài)光澤熔點(diǎn)硬度質(zhì)地導(dǎo)電性灰黑色固體金屬光澤高大脆半導(dǎo)體化學(xué)性質(zhì)在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與氟氣、 NaOH溶液、氫氟酸發(fā)生反響。3用處半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。新型能源，如光電池等。根底自測(cè)1判斷正誤正確的打“，錯(cuò)誤的打“×1硅的非金屬性較弱，故在自然界中存在游離態(tài)。2SiO2能與NaOH溶液和氫氟酸反響，故SiO2為兩性氧化物。3SiO2與H2O反響生成H2SiO3。4硅酸是一種難溶于水的酸，故硅酸不與NaOH反響。5Na2SiO3的水溶液可以防止木材著火。6硅是制備光導(dǎo)纖維和光電池的材

7、料?！敬鸢浮?×2×3×4×56×2用氧化物的形式表示以下硅酸鹽1CaSiO3_；2CaAl2Si3O10_；3Al2Si2O5OH4_?！敬鸢浮?CaO·SiO22CaO·Al2O3·3SiO23Al2O3·2SiO2·2H2O合 作 探 究·攻 重 難SiO2與CO2的性質(zhì)探究考慮交流1為什么實(shí)驗(yàn)室盛放NaOH溶液的試劑瓶要用橡膠塞而不能用玻璃塞？玻璃的成分中含有SiO2【提示】當(dāng)玻璃瓶配玻璃塞時(shí)，瓶口內(nèi)壁和瓶塞外壁都進(jìn)展了磨砂處理。玻璃中含SiO2，磨砂玻璃遇到強(qiáng)堿如NaOH溶液

8、時(shí)，SiO2與NaOH反響生成Na2SiO3，使試劑瓶受腐蝕。Na2SiO3溶液有良好的黏結(jié)性，它易使瓶口與瓶塞黏在一起而難以開(kāi)啟。故使用橡膠塞而不能使用玻璃塞。2實(shí)驗(yàn)室能否用玻璃瓶保存氫氟酸？為什么？寫(xiě)出反響方程式。【提示】不能。因?yàn)闅浞岣g玻璃，和玻璃中的成分SiO2反響。SiO24HF=SiF42H2O。3寫(xiě)出SiO2、CO2與CaO反響的化學(xué)方程式?！咎崾尽縎iO2CaOCaSiO3、CO2CaO=CaCO3。4SiO2、CO2與NaOH溶液反響的離子方程式?！咎崾尽縎iO22NaOH=Na2SiO3H2O、CO22NaOH=Na2CO3H2O。5SiO2、CO2與C在高溫條件反響的

9、化學(xué)方程式?！咎崾尽縎iO22CSi2CO、CO2C2CO。CO2與SiO2比較化學(xué)式CO2SiO2構(gòu)造以CO2分子構(gòu)成1個(gè)Si的周?chē)?個(gè)氧原子，1個(gè)O的周?chē)?個(gè)硅原子，呈空間立體網(wǎng)狀構(gòu)造，無(wú)SiO2分子存在空氣、燃料的燃燒產(chǎn)物存在于巖石、沙子、石英、水晶、硅藻土中物理性質(zhì)通常情況下無(wú)色無(wú)味，比空氣重，微溶于水固體，難溶于水，熔、沸點(diǎn)高，硬度大化學(xué)性質(zhì)一樣點(diǎn)均為酸性氧化物，均與堿反響生成鹽和水；均與堿性氧化物反響生成鹽；均與C在高溫下反響；均與鹽反響不同點(diǎn)CO2與H2O反響而SiO2與H2O不反響；SiO2與酸HF反響而CO2與酸不反響對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是A因SiO2不溶于水，

10、故SiO2不是酸性氧化物B在反響SiO22CSi2CO中SiO2作氧化劑CSiO2是一種空間立體網(wǎng)狀構(gòu)造的晶體，熔點(diǎn)高、硬度大D氫氟酸可以刻蝕玻璃，故不能用玻璃瓶來(lái)盛裝氫氟酸AA項(xiàng)，SiO2不溶于水，但它能與堿反響生成硅酸鹽和水，是酸性氧化物，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，在該反響中SiO2被C復(fù)原為Si，SiO2作氧化劑，正確；C項(xiàng)，由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀構(gòu)造的物質(zhì)，故熔點(diǎn)高，硬度大，正確；D項(xiàng)，SiO2能與氫氟酸反響，故常用氫氟酸刻蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，正確。2以下關(guān)于SiO2和CO2的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是ACO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐BCO2和SiO2與水反響分別生成相應(yīng)的酸CC

11、O2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物DCO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子組成的A雖然SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2卻不能溶于水生成H2SiO3，而CO2可溶于水生成H2CO3，B錯(cuò)誤；SiO2與CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正確，C錯(cuò)誤；CO2是由CO2分子構(gòu)成的，而SiO2那么是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，SiO2中不存在分子，D錯(cuò)誤。硅酸的制備與性質(zhì)應(yīng)用考慮交流實(shí)驗(yàn)1硅酸的制備實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象滴加酚酞溶液后溶液呈_色，滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)開(kāi)色，有_生成結(jié)論Na2SiO3溶液呈_性；可溶性硅酸鹽與鹽酸反響可以制得硅酸，反響的化學(xué)方程式為_(kāi)【提示】紅無(wú)白色膠狀沉淀堿Na2SiO32H

12、Cl=2NaClH2SiO3膠體2硅酸的性質(zhì)取上述實(shí)驗(yàn)最后所得試管，向試管中的凝膠中參加NaOH溶液，現(xiàn)象_，反響的離子方程式為_(kāi)?！咎崾尽磕z又變?yōu)槌吻迦芤篐2SiO32OH=SiO2H2O1H2CO3和H2SiO3的性質(zhì)比較化學(xué)式H2CO3H2SiO3酸性均為弱酸，且酸性：H2CO3>H2SiO3水溶性能溶于水難溶于水唯一不溶于水的酸穩(wěn)定性常溫下易分解生成CO2和H2O受熱易分解生成SiO2和H2O制備CO2H2OH2CO3Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3轉(zhuǎn)化關(guān)系Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO32硅酸的制取不能用二氧化硅與水反響來(lái)制取。一般采用向可溶

13、性的硅酸鹽中參加鹽酸或是通入二氧化碳?xì)怏w的方法來(lái)制取硅酸。微點(diǎn)撥：硅酸濃度小時(shí)可形成硅酸溶膠，濃度大時(shí)可形成硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)枯燥脫水得到硅膠或硅酸干凝膠，具有較強(qiáng)的吸水性，常用作枯燥劑及催化劑載體。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1以下關(guān)于硅酸的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：32602166】A硅酸可以通過(guò)SiO2和水的化合反響直接制得B用反響Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3膠體制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質(zhì)C因?yàn)楣杷犭y溶于水，所以它不能與NaOH溶液反響D硅膠可用作袋裝食品的枯燥劑DSiO2不能與水反響生成硅酸，A錯(cuò)誤；B中反響是利用了強(qiáng)酸制弱酸的性質(zhì)，B錯(cuò)誤；硅酸雖難溶于水，但可與強(qiáng)堿溶

14、液反響生成硅酸鹽，C錯(cuò)誤。2碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)，某化學(xué)課外小組搜集了大量的證據(jù)證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是ACO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水BCO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C高溫下SiO2與碳酸鈣、碳酸鈉等固體反響生成CO2D氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出的氣體再通入可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀B根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理，CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)事實(shí)可證明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)。當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1以下各組物質(zhì)間，不能發(fā)生反響的是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：32602167】A二氧化硅與氧化鈣高溫B二氧化硅與氫氧化鈉溶液常

15、溫C二氧化硅與碳高溫D二氧化硅與濃鹽酸常溫DSiO2與濃鹽酸不能發(fā)生反響。2以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是ACO2與SiO2都能跟H2O反響生成相應(yīng)的酸BSiO2與CO2都不能與酸反響CSiO2與CO2都可以與氫氧化鈉溶液反響D水晶的主要成分是SiCCA項(xiàng)，CO2與水反響，SiO2不與水反響，也不溶于水；B項(xiàng)，SiO2為酸性氧化物，能與HF反響，但CO2不與酸反響；C項(xiàng)，SiO2、CO2均能與NaOH溶液反響：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，CO22NaOH=Na2CO3H2O；D項(xiàng)，水晶主要成分是SiO2，SiC俗稱金剛砂。3賞心悅目的雕花玻璃是用以下物質(zhì)中的一種對(duì)玻璃進(jìn)展刻蝕而制成的。這種

16、物質(zhì)是 A硫酸B碳酸鈉C燒堿 D氫氟酸D玻璃中含有SiO2，SiO2與氫氟酸反響生成氣體SiF4。4以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：32602168】A硅、二氧化硅都能與NaOH溶液反響放出氫氣B泡花堿的主要成分不屬于硅酸鹽C可用H2在高溫下復(fù)原SiCl4的方法制取硅D硅的性質(zhì)較穩(wěn)定，不會(huì)與氯氣、氧氣反響 CA項(xiàng)，SiO2與NaOH反響不生成H2；B項(xiàng)，泡花堿為Na2SiO3，屬于硅酸鹽；D項(xiàng)，Si與Cl2、O2可以反響。5為確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如下圖的裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可到達(dá)目的不必選其他酸性物質(zhì)。請(qǐng)據(jù)此答復(fù)：1錐形瓶A中裝Na2CO3溶液，分液漏斗所盛

17、試劑應(yīng)為_(kāi)。2裝置B所盛的試劑是_，其作用是_。3裝置C所盛試劑是_，C中反響的離子方程式是_。4由此可得出的結(jié)論是酸性_>_>_。【解析】根據(jù)強(qiáng)酸弱酸鹽弱酸強(qiáng)酸鹽分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，A中可盛放Na2CO3，根據(jù)Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可以知道酸性HCl強(qiáng)于H2CO3，然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反響為Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由此判斷酸性H2CO3>H2SiO3，但需注意的是A中反響會(huì)有HCl氣體逸出，故通入Na2SiO3溶液前需將HCl吸收，但不能吸收CO2，故可選用飽和NaHCO3溶液。【答案】1鹽酸2飽和NaHCO3溶液吸收HCl氣體3Na2SiO3溶液SiOCO2H2O=H2SiO3CO4HClH2CO3H2SiO3Si及其化合物的特性及應(yīng)用1一般情況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅和金剛石熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。2一般情況