1. 掌握硅和二氧化硅的主要性質。2．了解硅和二氧化硅的應用。3．了解常見的無機非金屬材料及其應用。

第三單元含硅物質及信息材料1．硅的導電能力介于

和

之間，是重要的半導體材料，最早使用的是

，硅在地殼中的含量僅次于

，全部以化合態存在，主要存在形式為

和

。2．單質硅有

和

兩種，晶體硅是

，有

光澤，硬而脆的固體，熔點很高，是良好的半導體材料。硅的化學性質不活潑，常溫下能和

、

、

反應，反應的化學方程式分別為：

、

。 在加熱條件下硅可以和氧氣、氯等反應。導體絕緣體鍺氧二氧化硅硅酸鹽灰黑色晶體硅無定形硅金屬F2氫氟酸強堿Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑3．工業上用SiO2為原料制取硅，反應方程式為

4．二氧化硅廣泛存在于自然界中，是

、

的主要成分，純凈的二氧化硅晶體無色、熔點

，硬度

，

溶于水，也不溶于其它一般的溶劑，二氧化硅是

的酸酐，具有酸性氧化物的性質，能和HF反應：

，是制造

的原料。沙子石英很高很大不硅酸SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O光導纖維【想一想】為什么不用堿液在玻璃上進行雕刻，而用氫氟酸？答：玻璃中含有SiO2，SiO2和堿反應慢，且生成的鹽具有粘性，所以選擇氫氟酸。1．硅酸鹽性質

、熔點

，大都

溶于水，硅酸鹽常用氧化物的形式表示，例如：硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，鈉長石(NaAlSi3O8)表示為

。2．生產玻璃的原料是

、

、

，在玻璃熔爐中發生的主要化學反應有

。 玻璃的主要成分是

、

和

，沒有固定的熔沸點，是

。穩定很高難Na2O·Al2O3·6SiO2純堿石灰石石英硅酸鈉硅酸鈣二氧化硅混合物3．生產水泥的主要原料是

和

，普通水泥的主要成分是

、

和

。水泥具有

，而陶瓷是以

等天然硅酸鹽為主要原料燒制而成。4．新型無機非金屬材料包括

、

、

。石灰石黏土硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣水硬性黏土高溫結構陶瓷生物陶瓷壓電陶瓷【議一議】

能否依據Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強？答：不能。因為酸鹽互化關系：強酸＋弱酸鹽===強酸鹽＋弱酸，僅適用于常溫下水溶液中進行的反應，而該反應是在高溫且干態下進行，只能從化學平衡移動角度去解釋反應發生的原因，因CO2為氣體，及時離開反應體系，使化學反應得以向右進行。

【例1】(2009·重慶理綜，26)工業上電解飽和食鹽水能制取多種化工原料，其中部分原料可用于制備多晶硅。 (1)右圖是離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖，電解槽陽極產生的氣體是________；NaOH溶液的出口為________(填字母)；精制飽和食鹽水的進口為________(填字母)；干燥塔中應使用的液體是________。 (2)多晶硅主要采用SiHCl3還原工藝生產，其副產物SiCl4的綜合利用受到廣泛關注。①SiCl4可制氣相白炭黑(與光導纖維主要原料相同)，方法為高溫下SiCl4與H2和O2反應，產物有兩種，化學方程式為________________。②SiCl4可轉化為SiHCl3而循環使用，一定條件下，在20L恒容密閉容器中的反應：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)達平衡后，H2和SiHCl3物質的量濃度分別為0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部來源于離子交換膜法的電解產生，理論上需消耗純NaCl的質量為________kg。(3)采用無膜電解槽電解飽和食鹽水，可制取氯酸鈉，同時生成氫氣，現制得氯酸鈉213.0kg，則生成氫氣________m3(標準狀況)。解析：(1)電解飽和食鹽水的電極反應分別為：陰極：2H＋＋2e－→H2↑；陽極：2Cl－－2e－→Cl2↑。所以陽極產物為氯氣，H＋在陰極放電，水中的c(OH－)增大，即NaOH在陰極(a處)產生。電解飽和食鹽水所用的陽離子交換膜只允許陽離子(Na＋)通過，阻止陰離子和氣體通過，電解過程中，Cl－在陽極大量消耗，因此應在陽極區(d)處補充NaCl。干燥塔干燥的氣體為Cl2，應用濃H2SO4干燥。(2)①光導纖維為SiO2，產物為兩種，另一種物質只能為HCl。②n(H2)＝ ×20＝3mol，由2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2×58.5 2m(NaCl) 6gm(NaCl)＝351g≈0.35kg。(3)由題意，可寫出反應的化學方程式為：NaCl＋3H2ONaClO3＋3H2↑ 106.56 213kgm(H2)m(H2)＝12kg，n(H2)＝6000mol，V(H2)＝134.4m3。答案：(1)氯氣a

d濃硫酸(2)①SiCl4＋2H2＋O2SiO2＋4HCl

②0.35

(3)134.4一、硅及其化合物的特性1．Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。2．非金屬單質跟堿作用一般無H2放出，但Si能跟強堿液作用放出H2： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用： Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。4．酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能與HF作用。5．無機酸一般易溶于水，但H2SiO3和H4SiO4均難溶于水。6．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發生，原因是：在高溫下反應，生成的CO2是氣體，生成后離開反應體系使反應向右進行到底。7．非金屬單質一般為非導體，但Si為半導體。8．SiO2是H2SiO3的酸酐，但不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。9．非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiO2的卻很高。10．Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，但它與玻璃的成分大不相同；Na2SiO3的水溶液也稱泡花堿，但它卻是鹽溶液并不是堿溶液。二、CO2和SiO2的比較二氧化碳二氧化硅存在空氣中巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土中都含SiO2物理性質熔、沸點低，常溫時是氣體，微溶于水堅硬難熔的固體，不溶于水化學性質與碳CO2＋C2COSiO2＋2CSi＋2CO↑SiO2＋3CSiC＋2CO↑與水CO2＋H2OH2CO3不反應與酸不反應SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O與NaOH溶液CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與CaOCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOCaSiO3用途飲料、制堿光導纖維、化學儀器、光學儀器、鐘表、電子部件1．將2.8g硅粉與2.3g鈉同時放入足量水中，采用恰當的方法收集反應過程中產生的氣體(全部收集)，這些氣體在標準狀況下的體積為() A．1.12L B．4.48L C．5.6L D．3.36L 解析：本題重點考查鈉與水、硅與堿溶液反應的有關計算。 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

2×23g 2mol22.4L 2.3g0.1mol1.12L Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 28g2mol2×22.4L 1．4g0.1mol2.24L 反應后硅有剩余，V(H2)＝1.12L＋2.24L＝3.36L。 答案：D2．含A元素的一種單質是一種重要的半導體材料，含A元素的一種化合物C可用于 制造高性能的現代通訊材料——光導纖維，C與燒堿反應生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于________族，與A同族但相對原子質量比A小的元素 B的原子結構示意圖為

，A與B在原子的電子層結構上的相同點 是________________________。 (2)易與C發生化學反應的酸是________，反應的化學方程式是_______________。(3)將C與純堿混合高溫熔融時也發生化學反應生成D，同時還生成B的最高價氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發生化學反應生成含A的化合物F。①寫出生成D的及D和E反應的化學方程式：_______________________________________________________________________________________。②要將純堿高溫熔化，下列坩堝中不可選用的是()A．普通玻璃坩堝B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝D．鐵坩堝(4)100gC與石灰石的混合物充分反應后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L,100g混合物中石灰石的質量分數是________。解析：(1)A元素單質可做半導體材料，含A元素的某化合物是制造光導纖維的原料，可知A為硅元素，比硅相對原子質量小的同族元素為碳。(2)C為SiO2，能與SiO2反應的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反應生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料、普通玻璃、石英玻璃以及Al2O3等都能與Na2CO3在高溫下反應，故不能用以上材質的坩堝熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好或過量，與CaCO3反應方程式只有一個，即CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3過量，除發生上述反應外，還會發生反應：CaCO3CaO＋CO2↑?？傊?，CaCO3的多少決定了CO2的產量，可通過以下關系式求解：CaCO3～CO2m(CaCO3)＝50g?；旌衔镏蠧aCO3的質量分數：×100%＝50%。答案：(1)ⅣA最外層均有4個電子，最內層均有2個電子(2)氫氟酸

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓

②ABC(4)50%【例2】(2009·四川理綜，6)開發新材料是現代科技發展的方向之一。下列有關材料的說法正確的是() A．氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料 B．C60屬于原子晶體，用于制造納米材料 C．纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料 D．單晶硅常用于制造光導纖維

解析：B項，C60屬于分子晶體；C項，纖維素乙酸酯不是天然高分子材料；D項，二氧化硅常用于制造光導纖維。答案：A硅酸鹽的表示方法硅酸鹽的種類很多，結構復雜，其組成的表示方法有兩種：1．鹽化學式法 如：硅酸鈉Na2SiO3，硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成較簡單的硅酸鹽。2．氧化物法

如：黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉：CaO·2MgO·4SiO2 云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O滑石：3MgO·4SiO2·H2O鉀長石：K2O·Al2O3·6SiO2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

水氧化物前系數配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數守恒原則配置系數。注意：氧化物之間以“·”隔開；系數配置出現分數應化為整數。3．從下面所給的四個詞中選出一個與陶瓷、玻璃、水泥同類的是() A．光導纖維B．有機玻璃C．人造纖維D．磚瓦 解析：從題干所給的信息：陶瓷屬于硅酸鹽，也屬于傳統無機非金屬材料，玻璃和水泥屬于硅酸鹽，很明顯，另一物質，必須屬于硅酸鹽才能使其歸納在一起，由此不難得出選項D是正確的，A的主要成分SiO2，不屬于硅酸鹽，有機玻璃和人造纖維都屬于有機物，不符合題意，磚瓦是陶瓷器中的土器，屬于硅酸鹽。 答案：D4．北京2008年奧運金牌“金鑲玉”環形玉壁由昆侖玉制成，昆侖玉的成分可簡單看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，則其用二氧化硅和金屬氧化物的形式可表示為() A．CaO·MgO·SiO2·H2O B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O 解析：根據硅酸鹽改寫成氧化物的要求和元素守恒，昆侖玉的氧化物形式為2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。 答案：B5．下列各單質和化合物之間有以下轉化關系，而且各單質和化合物組成的元素皆為短周期元素。根據上述關系判斷：(1)單質A只可能是__________。(2)單質B是金屬還是非金屬？________。(3)寫出各化合物的化學式：甲_______、乙_______、丙_______、丁_______。解析：本題是元素及化合物的推斷題，解題的突破口是短周期元素的單質A與NaOH溶液反應生成氫氣，此元素可能是Al或Si，而產生的化合物乙與過量鹽酸溶液反應，生成的化合物丁能兩次失去化合物丙生成化合物甲，則進一步推斷出A單質不是金屬Al，而只能是Si。又由于單質A和化合物甲都能跟NaOH溶液反應，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不過A的另一種產物是氫氣，而化合物甲的另一種產物為化合物丙，丙又可通過氫氣與單質B反應生成，故單質B為O2，其他的各種化合物也就能推出來了。答案：(1)硅(2)非金屬(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4【例題】(2010·改編題)下列關于碳族元素的敘述中錯誤的是() A.與其他元素化合時易形成共價化合物，也能形成離子化合物 B．碳族元素形成化合物時的最高價均為＋4價 C．碳的氧化物(CO2)和硅的氧化物(SiO2)都是酸性氧化物，均不能與酸反應 D．碳族元素是形成化合物最多的一族元素審題視點：以元素周期律(表)的知識為指導，相似性和遞變性為思維切入點，同時還要注意到特殊性。思路點撥：正確答案：C

錯因分析對于肯定結論要采用舉反例的方法，如C項所述“均不能與酸反應”，舉出SiO