第五章化工生產中的重要非金屬元素

第三節無機非金屬材料

第1課時硅及其化合物

板塊導航

01/學習目標明確內容要求,落實學習任務

02/思維導圖構建知識體系,加強學習記憶

03/知識導學梳理教材內容,掌握基礎知識

04/效果檢測課堂自我檢測,發現知識盲點

05/問題探究探究重點難點,突破學習任務

06/分層訓練課后訓練鞏固,提升能力素養

學習目標

1、認識硅元素在自然界中的存在形式及其重要性。

2、掌握硅的物理性質和化學性質。

3.了解硅的重要化合物如二氧化硅、硅酸鹽的性質及應用。

重點:硅的物理性質和化學性質；二氧化硅的主要化學性質。

難點:硅晶體結構及其與物理性質的關系；二氧化硅晶體結構及其性質。

思維導圖

「硅的存在、位置與結構

一硅的物理性質

硅卜一硅的化學性質

J硅的用途

J高純硅的制備

(-二氧化硅的存在

一二氧化硅的物理性質

二氧化硅卜一二氧化硅的結構

J二氧便的吠頡

匚二氧化硅的主要應用

硅及其化合物

「硅酸的物理性質

一硅酸的化學演

硅酸

一硅酸的制備

J硅酸的用途

物理性質

硅酸鹽用途

J硅酸鹽的氧化物表示法

知識導學

一、硅

1.硅的存在、位置與結構

(1)存在：硅在地殼中的含量僅次于氧，居第2J立，在自然界主要以硅酸鹽和氧化物(如水晶、瑪瑙)

的形式存在，硅單質主要有晶體和無定形兩大類。

(2)位置：硅元素位于元素周期表中位于第三周期IVA族

<3>Sfi.展是14號元素，/子結構為：'說明硅既攤去去電子也推置到電子，硅是蜜氧

元素，與氫形成共價鋪，硅單質晶體是主位晶體.

2.硅的物理性質：

晶體硅是次黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，其結構類似于金剛石,熔沸點很高、硬度大，導電能力

介于導體和絕緣體之間,是良好的半導體材料。

3.硅的化學性質——硅的化學性質不活潑,主要形成四價化合物

a.常溫

常溫下，硅的化學性質不活潑，除氫氟酸、氟氣、強堿外不跟其他物質反應。

①與氫氟酸反應的化學方程式：Si+4HF=SiF4t+2H2t；

②與NaOH溶液反應的化學方程式：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2t；

③與F?反應的化學方程式:Si+2F2=SiF4

b.高溫

加熱或高溫條件下，硅也能和一些非金屬單質反應。

①與。2反應：Si+ChVSiCh。

②與Cb反應：Si+Cl，&迪SiCL

③與C反應：Si+C日迪SiC

4.硅的用途：半導體材料、太陽能電池、計算機芯片和耐酸設備等。

5.高純硅的制備

(1)制備原理：用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質的粗硅，然后轉化為三氯硅烷,再經氨氣還原得

到高純硅。

(2)制備流程:

(3)涉及的主要化學反應

I石英砂U卜■屋窗，，網硒硅I

I焦炭IIH.||￡

⑶SQ+2C1800?2°00&I+2COT

【思考】能否通過反應SiCh+2C隹Si+2cOf證明C、Si的還原性強弱？

【參考答案】氧化性、還原性的強弱，必須是在通常的情況下發生的反應，上述反應是在高溫條件下發

生的，故不能比較還原性的強弱。

300℃

(b)Si+3HCl^^SiHCb+H2

1100℃

(c)SiHCb+H2^=Si+3HCl

【特別提醒】①用焦炭還原Si02,產物是co而不是co2=

②粗硅中含碳等雜質，與HC1反應生成的SiHCb中含有CC14等雜質，經過分儲提純SiHCb后，再用

H2還原，得到高純度硅。

【名師點撥】(1)Si與氫氟酸反應是Si的特性，其他非金屬單質不有此性質。

(2)Si是能與NaOH溶液反應放出H2的非金屬單質，A1是能與NaOH溶液反應放出H2的金屬單質，

推斷題中常以此為突破口。

(3)反應Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2T可看作兩步進行：Si+3H2O=H2SiO3+2H2T>H2SiO3+2NaOH=

Na2SiO3+2H2。。總反應為Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2T=此反應中Si是還原劑，H2O是氧化劑，NaOH

既不是氧化劑也不是還原劑。

二、二氧化硅

1.二氧化硅的存在

自然界中，碳元素既有游離態，又有化合態，而硅元素僅有化合態，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。

天然SiO?有晶體和無定形兩種,統稱硅石,硅石、譴、水晶、瑪瑙、硅藻土、沙子等主要成分都是

SiO2=

2.二氧化硅的物理性質：純凈的SiO?是無色透明的,其熔、沸點造，硬度大，不溶于丞，也不導電。

3.二氧化硅的結構

SiO2晶體有多種晶型，其基本結構單元為硅氧四面為(如下圖甲所示)，硅氧四面體通過氧原子相互連接

為空間的理優結構(如下圖乙所示)。在SiO2晶體中，每個Si周圍結合生個O,Si在中心，0在4個頂角；

許多這樣的靖飛四面體又通過頂角的O相連接，每個0為兩個四面體所共有，即每個。與2個Si

相結合，SiO2晶體中Si和O的比例為112。由結構可知，二氧化硅的化學性質很穩定。

4.二氧化硅的化學性質

a.酸性氧化物，是硅酸的酸酎，但不與水反應。

①SiCh可以與堿反應，生成硅酸鹽,如與氫氧化鈉反應的化學方程式為SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

（NazSiOa俗稱泡花堿,其水溶液俗稱“水玻璃”,可作粘合劑、防火并」）;

②在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應,如與氧化鈣反應的化學方程式為SiCh+CaO型CaSiCh。

③在高溫條件下可以與碳酸鹽反應,如與碳酸鈉、碳酪鈣反應的化學方程式為SiCh+Na2c0,且就NazSiCh

+CO2t；SiCh+CaCO透OCaSiCh+CO2T（工'業制玻璃）。

b.弱氧化性：

①與碳反應：SiC>2+2C」鞠一Si+2coM制粗硅）;SiCh+3C旦迎SiC+2coM制金剛砂）;

②與Mg反應：4M￡+SiO?百思2Me￡i+2Mg0：MgzSi+2H20=SiH4T+2Mg（OHM制硅化氫）；

c.特性：常溫下與氫氟酸反應的化學方程式為：SiO2+4HF==SiF卜+2法0。

5.二氧化硅的主要應用

①水晶可用于電子工業的部件、光學儀器、工藝品。

②SiO,是制光導纖維的重要原料。

③較純的石英用于制造石英玻璃，石英玻璃常用來制造耐高溫的化學儀器。

④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料。

【特別提醒】（1）由于玻璃的成分中含有SiO2,故實驗室盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，

因為Si02與堿溶液反應生成具有黏性的Na2SiO3o

（2）未進行磨砂處理的玻璃，在常溫下是不易被強堿腐蝕的。

（3）因為氫氟酸腐蝕玻璃并用于雕刻玻璃，與玻璃中的SiO2反應，所以氫氟酸不能用玻璃瓶保存，而

應保存在塑料瓶或鉛皿中。

（4）Si02是H2SQ3的酸酎，但SiCh不與水反應，不能用Si02直接與水作用制備HzSiCh。

（5）不能依據反應2C+SiCh些睢Si+2coi來說明C的還原性比Si強，也不能依據反應SiC?2+

Na2cO3皇建Na2SiO3+CO2f來說明SiCh水化物的酸性比H2cCh強。此類反應能進行的原因是因為在高

溫條件下，生成物中的氣體從反應體系中逸出，有利于反應向右進行。

（6）SiCh雖然能與NaOH溶液、HF溶液反應，但不屬于兩性氧化物，屬于酸性氧化物，但與水不能直

接反應。

(7)不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光導纖維的是SiCh，用于制作半導體材料、計算機芯片

的是晶體硅。

(8)加熱熔融NaOH時，不能使用陶瓷用土酩石英用煙和鋁用煙，只能使用鐵用煙，原因是陶瓷和石

英的主要成分都含有SiCh,SiCh能與NaOH反應，鋁用煙的主要成分是氧化鋁，也能與NaOH反應。

三、硅酸

1.硅酸的物理性質：

硅酸是一種直色膠狀物質，丕溶于水，能形成膠體。新制備的硅酸為透明、膠凍狀，硅酸經干燥脫水形

成硅酸干凝膠一“硅膠”。

2.硅酸的化學性質：

(1)弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性還盟，在與堿反應時只能與強堿反應。如：

H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。

(2)不穩定性：硅酸的熱穩定性很差，受熱分解為SiCh和H2O：H2SiCh=^=SiC>2+H2O。

3.硅酸的制備：

由于SiCh不溶于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應制得的。

Na2SiO3+2HCl==H2SiO31+2NaCLNa2SiC)3+CC>2+H2O==H2SiC>31+Na2co3(證明酸性:H2CO3^H2SiO3)。

4.硅酸的用途：硅膠可作催化劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品的干燥劑。

四、硅酸鹽

1.硅酸鈉

①物理性質：宜色、亙溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃,有黏性，水溶液顯堿性。

②化學性質一與酸性較硅酸強的酸反應：

a.與鹽酸反應的化學方程式：

NazSiCh+2HCl===2NaCl+H2SiC>3」.。

b.與CO2水溶液反應的化學方程式：

Na2SiO3+H2O+CCh===Na2cCh+lhSiChl。

③用途：黏合劑(礦物膠)、防腐劑和耐火阻燃材料。

【特別提醒】①NazSiCh的水溶液是一種黏合劑，是制備硅膠和木材防火劑等的原料；Na2SiO3易與空氣

中的C02、H20反應，要密封保存。

②可溶性碳酸鹽、硅酸鹽的水溶液呈堿性，保存該溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，應用橡膠塞。

2.硅酸鹽的氧化物表示法：

氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物一較活潑金屬氧化物—二氧化硅一水，不同氧化物間以“?”隔開。

如硅酸鈉(NazSiCh)可表示為NazOSiCh,長石(KAlSisOs)可表示為K20AlzChPSiCh。

【特別提醒】(1)氧化物之間以“?”隔開；(2)計量數配置出現分數應化為整數。硅酸鹽改寫為氧化

物形式時，各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數和為零，各元素原子個數比符合原來的組成。

當系數配置出現分數時一般應化為整數。如上例中KAlSg,將熱。?扣G3sm要寫成

K2OAl203-6Si02o

國04效果檢測

i.請判斷下列說法的正誤(正確的打“守’，錯誤的打“X”)

(1)硅酸鹽結構較為復雜，大多不溶于水，化學性質很穩定。()

(2)硅是良好的半導體材料，可以用來生產芯片和硅太陽能電池等。()

(3)生產光導纖維的原料是二氧化硅。()

(4)碳和硅在周期表中位于同一主族，性質相似，因此“碳基”芯片有望替代硅基心片。()

(5)硅元素在自然界中以游離態(單質)形式存在。()

(6)單晶硅做芯片的基底材料與硅元素儲量豐富、單晶硅耐腐蝕性能優異有關。()

(7)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價鍵結合。()

(8)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的混合物。()

【答案】(1)4(2)Y(3)4(4)4(5)x(6)?(7)T(8)/

2.無機非金屬元素在化工生產中扮演著重要的角色，請利用相關知識回答下列問題。三氯硅烷(SiHCb)還

原法是當前制備高純硅的主要方法，生產過程示意圖如下：

己知：i.石英砂主要成分是SiO2；

ii.三氯硅烷易被氧化

(1)硅在元素周期表中的位置是。

(2)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應的化學方程式為=

(3)工業上原料石英砂常用NH4cl溶液浸泡除雜，實驗室檢驗溶液中存在NH；的操作與現象為=

(4)寫出制粗硅的化學方程式0

(5)整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCb遇水劇烈反應生成HzSiCh、HC1和一種氣體單質，

該氣體單質是(填名稱)；在制備高純硅的過程中若混入02,可能引起的后果是(寫出一種

即可)。

(6)用100t含二氧化硅60%的石英礦，整個制備提純過程硅元素損失了10%,最終獲得高純硅的質量

為(結果精確到小數點后一位)。

【答案】(1)第三周期第IVA族

(2)4HF+SiO2=SiF4T+2H2O

(3)實驗室檢驗溶液中存在NH：的操作與現象為：取少量溶液于試管中，加入氫氧化鈉溶液并加熱，

將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，觀察到試紙變藍(或蘸濃鹽酸出現白煙)，證明溶液中含NH：

高溫.

(4)SiO2+2C"=2COT+Si

(5)氫氣氧氣會氧化SiHCh，氧氣與氫氣混合引起爆炸

(6)25.2t

【解析】(1)硅在周期表中的位置是第三周期第IVA族；

(2)工藝師常用氫氟酸來雕刻玻璃，該反應的化學方程式為4HF+SiO2=SiF4T+2H20;

(3)取少量溶液于試管中，加入氫氧化鈉溶液并加熱，將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，觀察到試

紙變藍(或蘸濃鹽酸出現白煙)，證明溶液中含NH；；

(4)制粗硅中二氧化硅和碳在高溫條件下反應生成一氧化碳和硅，化學方程式：

高溫不

SiO2+2C^2COT+Si；

(5)①SiHCb遇水劇烈反應生成H2SiC)3、HC1和一種氣體單質，反應方程式為：

SiHCl3+3H2O==H2SiO3+3HCl+H2T,該氣體單質是氫氣；

②在制備高純硅的過程中若混入02,可能引起的后果是氧氣會氧化SiHCL，氧氣與氫氣混合引起爆炸;

(6)100t含二氧化硅60%的石英礦，二氧化硅的質量為603二氧化硅中硅的質量為60t

X28/28+16x2=283整個制備提純過程硅元素損失了10%,最終獲得高純硅的質量為28tx(l-10%)=25.2t。

051問題探究/

A問題一如何認識硅及其化合物的通性及特殊性

【典例1】下列敘述正確的是

①高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅

②SiC>2與酸、堿均不反應

③二氧化硅不與任何酸反應，可用石英制造耐酸容器

@SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應

⑤CO2與Si。?化學式相似，物理性質也相同

A.①②③B.②③C.①④D.①②③④⑤

【答案】C

【解析】①高溫條件下，焦炭與Si。?反應生成粗硅和CO,故正確；②SiO?與氫氟酸、強堿NaOH能反

應，故錯誤；③二氧化硅能與氫氟酸反應，故錯誤；④SiO?是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應生成硅

酸鈉和水，故正確；⑤常溫下，CO2是氣體能溶于水，Si。?是固體難溶于水，物理性質不同，故錯誤；

故選：C=

【解題必備】

(1)一般情況下，非金屬元素單質熔、沸點低，硬度小，但晶體硅熔、沸點高，硬度大。

（2）一般情況下，非金屬單質為絕緣體，但硅為半導體。

（3）Si的還原性強于C,但C在高溫下能還原出Si：SiO2+2C^=Si+2COTo

（4）非金屬單質與堿反應一般既作氧化劑又作還原劑，且無氫氣放出，但硅與強堿溶液反應只作還原

劑，且放出氫氣：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2fo

（5）非金屬單質一般不與非氧化性酸反應，但硅能跟氫氟酸反應：Si+4HF=SiF4f+2H2b

（6）一般情況下，堿性氧化物+酸一＞鹽+水，二氧化硅是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反應：SiO2+

4HF=SiF#+2H2O（SiF4不屬于鹽，故SiC）2不是兩性氧化物）。

（7）一般情況下，無機酸能溶于水，但硅酸卻難溶于水。

（8）一般情況下，較強酸+較弱酸的鹽一＞較弱酸+較強酸的鹽（溶液中的反應）。

因碳酸的酸性強于硅酸，所以水玻璃在空氣中易變質：Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3（膠體）。

但在高溫下，可發生反應Na2cCh+SiCh翼NazSiCh+CChNCCh離開反應體系促進反應的正向進行）。

（9）一般情況下，酸性氧化物與水反應生成相應的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不與水反應。

【變式1-1］下列有關硅及其化合物的說法正確的是

A.工業上用焦炭還原石英砂制得粗硅：SiO2+C=Si+CO2T

B.特殊的硅氧四面體結構不僅存在于Si。？晶體中，而且存在于硅酸鹽礦石中

C.實驗室盛放堿溶液的試劑瓶應使用玻璃塞，以免發生黏連

D.因為高溫時Si。?與Na2c反應放出CO2,所以H5O3酸性比H2cO3強

【答案】B

【解析】A.工業上用焦炭還原石英砂制得粗硅：SiO2+2C=Si+2COT,故A錯誤；B.SiO?晶體中

Si與0通過共價鍵連接成四面體結構的空間網狀結構，硅酸鹽中也存在Si與0構成的四面體結構，故

B正確；C.實驗室盛放堿溶液的試劑瓶不能使用玻璃塞玻璃，玻璃塞中有二氧化硅，二氧化硅可以與

堿液反應生成硅酸鹽，故C錯誤；D.酸性強弱的比較只有在沒有外界條件干擾化學反應時才能比較，

Si。2與Na2cO3反應放出CO?反應條件為高溫干擾化學反應，所以不能說明硅酸酸性比碳酸酸性強，-

般在溶液中強酸可制得弱酸，即硅酸鈉溶液中通入CO2,制得硅酸說明碳酸酸性強于硅酸，故D錯誤；

故選B；

【變式1-2］下列有關硅及其化合物的說法中正確的是

A.硅在自然界主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在

B.硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉溶液可以保存在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中

C.二氧化硅能與氫氧化鈉、氫氟酸反應，是兩性氧化物

高溫小

D.在粗硅的制取中會發生反應2C+SiO?-2C。T+Si,硅元素被還原，所以碳的還原性比硅的還原

性強

【答案】A

【解析】A.硅在自然界主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在，A正確；B.硅酸鈉屬于鹽，溶液顯堿性,

所以硅酸鈉溶液不可以保存在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中，應該用橡膠塞，B錯誤；C.二氧化硅能與氫

高溫小

氧化鈉、氫氟酸反應，但屬于酸性氧化物,C錯誤;D.Si的還原性比C的強，反應2C+Si（）2-2C。T+Si

在高溫下進行，且產物中有氣體生成，氣體從反應體系中逸出，有利于反應的進行，D錯誤；故選A。

A問題二二氧化硅與二氧化碳有何區別

【典例2】下列關于SiO2和C02的說法中正確的是（）

A.CO2、SiCh都能與堿及堿性氧化物反應

B.CO2和SiCh與水反應分別生成相應的酸

C.二氧化硅可用來制作干燥劑，因二氧化硅可與水反應

D.C02和SiCh都是由相應的分子構成的

【答案】A

【解析】A、CO2、SiCh都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應，故A正確；B、SiCh不溶于水,

也不能和水反應生成硅酸，B不正確；C、硅酸在一定條件下可制得硅膠，硅膠可用作干燥劑，但SiO2

不與水反應，C不正確；D、CC>2是由分子構成的，SiCh是由硅、氧原子直接構成的，故D不正確；答

案選Ao

【解題必備】

1.類別：都是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。

2.結構：二氧化碳有大量的分子構成，每個二氧化碳分子由一個碳原子和兩個氧原子構成；二氧化硅是由

大量的硅原子和氧原子直接構成，不存在二氧化硅分子。

3.物理性質：二氧化碳常溫下是氣體，熔、沸點低，可溶于水；二氧化硅是固體，硬度大，熔點高的固體,

不溶于水。

4.化學性質

（1）與水反應：二氧化碳與水反應生成碳酸，碳酸分解生成水和二氧化碳，屬于可逆反應；二氧化硅

與水不能反應，但硅酸受熱分解生成二氧化硅和水。

（2）與酸反應：二氧化碳與酸不反應；二氧化硅只能與氫氟酸反應生成氟化硅氣體和水，與其它酸不

反應。

（3）與堿溶液反應（證明它們都是酸性氧化物）

CO2（少量）+2NaOH===Na2cCh+H2O,CC）2（過量）+NaOH===NaHCO3；SiCh+2NaOH=Na2SiO3+H2O

（4）與氧化鈣反應：CO2+CaO==CaCO3；SiCh+CaOtCaSiCh

【變式2-1］下列敘述正確的是

A.SiCh既能和NaOH溶液反應，又能和HF反應，所以SiCh屬于兩性氧化物

B.因為Na2cCh+SiChJNazSiCh+CChT，所以HzSiCh的酸性比H2cO3強

C.CO2和SiO2都能與c反應

D.CO2和SiCh都是酸性氧化物，所以兩者物理性質相似

【答案】c

【解析】A.SiO2能和NaOH溶液反應，只能和氫氟酸反應，SiCh屬于酸性氧化物，A錯誤；B.反應

Na2cCh+SiChaNazSiCh+CO2T不是在水溶液中進行的，不能據此說明硅酸的酸性比碳酸強，故B錯誤;

C.CO2和SiO2都能與碳反應，反應中碳是還原劑，CO2和SiO2都作氧化劑，故C正確；D.CCh和SiCh

都是酸性氧化物，兩者物理性質相差較大，故D錯誤；答案選C。

【變式2-2】光纜的主要成分為SiCh。碳和硅均為第IVA族的元素，二者性質既有一定的相似性又有一

定的遞變性。下列關于SiCh和CO2的說法中，正確的是

A.CO?與SiO?都能跟H?。反應生成相應的酸

B.Si。?與CO?都不能與酸反應

C.SiO?與COM干冰）都能夠與氫氧化鈉溶液反應

D.水晶的主要成分是SiC

【答案】C

【解析】A.CO2+H2OUH2c03,但S。跟HzO不反應,A錯誤；B.SiO2+4HF=SiF4T+2H2O,CO2不

能與酸反應，B錯誤；C.Si。?與CC）2（干冰）都是酸性氧化物，都能夠與氫氧化鈉溶液反應，方程式為:

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CiO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,C正確；D.水晶的主要成分是SiCh,SiC是

金剛砂的主要成分，D錯誤；故答案為：Co

A問題三多方面認識硅及其化合物的用途

【典例3】下列有關硅從其化合物的敘述錯誤的是

A.石英砂可用于生產高純硅

B.利用高純硅半導體性能可以制成硅太陽能電池

C.利用高純硅半導體性能可以制成計算機的芯片

D.SiO,硬度大，故可用來生產光導纖維

【答案】D

【解析】A.石英砂的主要成分為Si。？，可用焦炭在高溫條件下還原Si。?得到粗硅，粗硅經提純得到單

晶硅，故A正確；B.硅為金屬與非金屬交界線元素，為半導體材料，利用高純硅的半導體性能可制成

芯片及太陽能電池，故B正確；C.利用高純硅半導體性能，可以制成計算機芯片、硅太陽能電池，制

光導纖維的原料是二氧化硅，故C正確；D.光導纖維的原理是基于光的全反射現象，通過光的反射和

折射來實現光信號的傳輸，故D錯誤；故答案選D。

【解題必備】

硅及其化合物在多個領域有著廣泛的應用：

(1)硅的用途：a.電子工業：硅是半導體材料的主要成分，用于制造集成電路、太陽能電池等。b.建

筑和材料工業：硅酸鹽水泥、硅酸鹽玻璃等的生產中，硅起著重要作用。c.化工工業：硅油、硅膠等化

工產品的生產和應用。d.制陶業：硅是制作陶瓷的主要原料之一。e.冶金工業：硅用于合金制備，如

不銹鋼、鑄鐵等。

(2)二氧化硅的用途：a.塑料工業：作為增強劑和填充劑，提高塑料的強度和硬度。b.醫藥工業：用

于制備藥品包衣材料，改善藥品溶解速度。c.食品工業：作為食品添加劑，提高食品的流動性和穩定性。

d.光電工業：用于制備光學玻璃、光纖等器件。

(3)硅酸鹽的用途：a.建筑工業：用于制備石膏板、瓷磚等建筑材料。b.陶瓷工業：硅酸鹽陶瓷具有

較好的抗高溫性能，可用于制作高溫耐磨部件。c.化學工業：用于制備玻璃纖維、光纖等。

(4)硅酸的用途：硅膠可作催化劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品的干燥劑。

【變式3-1】硅及其化合物在材料領域中應用廣泛。下列說法正確的是()

A.水晶項鏈是硅酸鹽制品

B.硅單質廣泛用于光纖通訊

C.利用鹽酸刻蝕石英制作藝術品

D.硅是人類將太陽能轉換為電能的常用材料

【答案】D

【解析】水晶項鏈主要成分是二氧化硅，A錯；光纖是由二氧化硅制造而成的，B錯；石英中的二氧化

硅不與鹽酸反應，C錯；D.晶體硅常用作制造太陽能電池的材料，實現太陽能轉化成電能，D正確；答

案選D。

【變式3-2］下列關于硅及其化合物的說法錯誤的是

A.二氧化硅是制光導纖維的主要原料

B.工業上用焦炭還原石英砂可以制得粗硅

C.SiCh屬于酸性氧化物，溶于水可制硅酸

D.木材浸過水玻璃后，不易著火

【答案】C

【解析】A.二氧化硅具有良好的導光性能，是制光導纖維的主要原料，故A正確；B.在高溫下C與

高溫

SiCh反應產生Si和CO：2C+SiO2^Si+2cOf,所以工業上可以用焦炭還原石英砂制得粗硅，故B正

確；C.SiCh屬于酸性氧化物，不能溶于水，不能和水反應生成硅酸，故C錯誤；D.水玻璃是硅酸鈉

的水溶液，它具有不易著火的性質，所以用水玻璃浸漬后的木材，不易著火，故D正確；故選C。

A問題四如何制備高純硅

【典例4】由二氧化硅制備高純硅的流程如圖所示，下列說法不亞聊的是

高溫小

A.反應①的化學方程式為SiC)2+2C-Si+2c0，

B.SiCh屬于酸性氧化物，能與水反應生成硅酸

C.高純硅可用于制作光感電池，光導纖維的主要成分是SiCh

D.流程中H2和HC1均可循環利用

【答案】B

【分析】二氧化硅與焦炭在高溫下反應產生粗Si、C0(X),粗硅與HC1在一定溫度下反應產生H2、SiHCb，

SiHCb與H2在高溫下反應產生精Si、HCb從而提純了硅單質，據此分析解題。

高溫小

【解析】A.反應①是Si02與C在高溫下反應產生Si、CO,方程式為：SiO2+2C=Si+2COr,A正

確；B.Si02屬于酸性氧化物，但其難溶于水，不能與水反應生成硅酸(H2SiO3)，B錯誤；C.高純硅可

用于制作光感電池、半導體材料，而光導纖維的主要成分是Si02,C正確；D.流程中X為CO,及反

應產生H2具有還原性，可用于粗硅的提純，反應產生的HC1可作為反應物與粗硅反應加以利用，故這

三種物質均可循環利用，D正確；故選B。

【解題必備】高純硅的制備

(1)制備原理：用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質的粗硅，然后轉化為三氯硅烷，再經氫氣還原得

到高純硅。

(2)制備流程：

(3)涉及的主要化學反應

焦’炭

iIIH.||H2I

1800200QOC

(a)S1O2+2C^S1+2COT

300℃

(b)Si+3HC1—SiHCh+H2

i100℃

(c)SiHCl3+H2—Si+3HC1

【變式4-1】制備高純硅的裝置如圖所示（加熱及夾持裝置已省略）,利用SiHCl3與過量H2在1000-1200℃

反應（SiHCh沸點為31.8。。遇水會劇烈反應）。下列說法正確的是

A.實驗開始時先加熱裝置IV中的石英管，再打開裝置I中的活塞

B.工業生產中獲得的SiHClj中含有少量的SiCL（沸點576C）,通過蒸儲可提純SiHCL

C.裝置將I中稀硫酸改用濃硫酸，會使反應速率加快

溫L

D.裝置IV的反應：H2+SiHCl3—Si+3HC1,產生的HC1可直接通入NaOH溶液中

【答案】B

【分析】I中鋅和稀硫酸反應制備氫氣，為防止SiHCh與水反應，n中用濃硫酸干燥氫氣，in用水浴加熱

使SiHCh揮發，IV中SiHCls與氫氣1000?120（TC反應生成Si和氯化氫，最后進行尾氣處理。

【解析】A.為防止氫氣和氧氣的混合氣體加熱爆炸，應該先用氫氣排出裝置內的空氣，再加熱玻璃管,

所以實驗開始時先打開裝置I中的活塞，再加熱裝置IV中的石英管，故A錯誤；B.SiHCl3,SiCl"的沸

點不同，可通過蒸儲可提純SiHCh，故B正確；C.鋅與濃硫酸反應生成二氧化硫，無氫氣生成，故C

錯誤；D.SiHClj遇水會劇烈反應，為防止水進入玻璃管，在尾氣處理裝置和玻璃管之間應連接一個干

燥裝置，故D錯誤；選B。

【變式4-2］如圖所示是由石英砂（主要成分為二氧化硅）制備高純硅的工藝流程示意圖。

下列說法錯誤的是

高溫.

A.步驟①中反應的化學方程式：SiO2+2C=Si+2COT

B.石英砂的主要成分二氧化硅可分別與氫氧化鈉溶液、氫氟酸反應，故它屬于兩性氧化物

C.由粗硅制備高純硅的過程中，循環使用的物質主要有HC1和電

D.若混合物分離后，得到SiCl”、SiHCh、應的物質的量之比為則理論上需要額外補充電

【答案】B

高溫小

【分析】石英砂中主要成分為SiCh,與碳在高溫下反應生成粗硅，SiO2+2C=Si+2CO^,粗硅與

HC1在300。（2以上反應生成SiHCh,SiHCh中含有少量氫氣以及SiCl4,SiCk可被氫氣還原為SiHCh,

高溫

純SiHCb在高溫的條件下與H2反應生成純Si,SiHCl3+H2^Si+3HCl,據此回答。

高溫小

【解析】A.根據分析，步驟①中反應的化學方程式為SiC）2+2C==Si+2c0，，故A正確；B.二氧

化硅只能與氫氟酸反應，且生成物不是鹽，而二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉和水，其屬于酸

性氧化物，故B錯誤；C.結合反應過程，HC1和也可循環使用，故C正確；D.根據

高溫高溫

SiCl4+H2SiHCh+HCl,SiHCl3+H2Si+3HC1,ImolSiCLt和ImolSiHCb完全轉化為Si共需要

3molH2,現有SiCk、SiHCb、H2的物質的量之比為1：1：1,則理論上需要額外補充H2,故D正確;

故選Bo

13ao6分層訓練身

基礎

1.高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域。從石英砂（主要成分為Si。?）制取高純硅涉及的主要反

應流程如下：

下列說法不正確的是

高溫

A.制備粗硅的反應方程式為SiC>2+2C=Si+2c0T

B.反應①②③均為氧化還原反應

C.流程中HC1和可以循環利用

D.反應②與反應③互為可逆反應

【答案】D

高溫

【解析】A.制備粗硅的反應方為石英砂和碳高溫生成CO和粗硅，為SiC>2+2C*Si+2CC)T,A正確；

B.反應①中碳、硅元素化合價改變；②中硅、氫元素化合價改變，③氫、硅元素化合價改變，均為氧

化還原反應，B正確；C.在反應②中產生H2,可用于反應③還原SiHCb制取Si單質，反應③產生的

HC1可與粗硅反應制取SiHCb,因此流程中HC1和H2可以循環利用，C正確；D.反應②③反應溫度不

同，因此反應②與反應③不能互為可逆反應，D錯誤；故選D。

2.下列物質屬于堿性氧化物的是

A.Na2OB.H2O2C.SiO2D.CO2

【答案】A

【分析】與酸反應生成鹽和水時為堿性氧化物，大多數金屬氧化物為堿性氧化物。

【解析】A.NazO與酸反應生成鹽和水，為堿性氧化物，故A符合題意；B.H2O2不能與酸反應，不是

堿性氧化物，故B不符合題意；C.SiCh與堿反應生成鹽和水，為酸性氧化物，故C不符合題意；D.CO2

與堿反應生成鹽和水，為酸性氧化物，故D不符合題意；故選：Ao

3.2023年《自然》刊載了我國科研人員研發的一種薄如紙、可彎曲折疊的太陽能電池的研究成果。下列物

質用于制作太陽能電池的是

A.二氧化硅B.碳化硅C.石墨烯D.硅單質

【答案】D

【解析】A.二氧化硅可用于生產光導纖維，A錯誤；B.碳化硅可用于生產砂輪、砂紙等，B錯誤；C.石

墨烯具有吸附和分離污染物的能力，可用于環境治理和凈化，C錯誤；D.硅單質可用于生產半導體材

料、太陽能電池等，D正確；故選D。

4.高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域，工業制備高純硅的原理示意圖如下：

石英砂麗磊武粗硅導siH3號8

①②③

下列敘述不正確的是

A.石英砂的主要成分為SiO?,可用于生產光導纖維

B.反應①②③均為氧化還原反應

C.反應①中氧化劑和還原劑的物質的量之比為1：1

D.H2,HC1都能在該工業流程中循環利用

【答案】C

高溫300℃

【分析】反應①發生反應：SiCh+2C^Si+2cOf,反應②是Si+3HCl^=SHCb+H2,反應③是

高溫

SHC13+H2^=Si+3HCl；

【解析】A.石英砂、光導纖維的主要成分均為Si。？，可用于生產光導纖維，A正確；B.在反應①②③

中均有元素化合價的變化，因此三個反應均為氧化還原反應，B正確；C.在反應①發生反應：

高溫

SiCh+2C^Si+2coT，在該反應中SiCh是氧化劑，C是還原劑，則氧化劑和還原劑的物質的量之比為

1：2,C錯誤；D.在反應②中產生H2,可用于反應③還原SiHCb制取Si單質，反應③產生的HC1可

與粗硅反應制取SiHCb,因此流程中HC1和H2可以循環利用，D正確；故選C。

5.下列說法正確的是

A.可以用石英用煙熔融純堿

B.Si在自然界主要以游離態存在

C.NazSiCh溶液可與鹽酸反應

D.SiCh屬于酸性氧化物，不與任何酸反應

【答案】C

【解析】A.可以用石英用煙主要成分SiCh熔融時與純堿反應SQ+NazSQ皇遢NazSiQ+CQ個，A

錯誤；B.自然界中沒用游離態Si,B錯誤；C.NazSiCh溶液可與鹽酸反應成氯化鈉和硅酸，

Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,C正確；D.SiCh與氫氟酸反應生成SiF4氣體和水，D錯誤；故選C。

6.實驗室用H?還原SiHCh（沸點：31.85。?制備高純硅的裝置如圖所示（夾持裝置和尾氣處理裝置略去），下

列說法正確的是

A.裝置n、in中依次盛裝的是濃硫酸、冰水

B.實驗時，應先加熱管式爐，再打開活塞K

C.為鑒定制得的硅中是否含有微量鐵單質，需要用到的試劑為鹽酸、雙氧水、KSCN溶液

D.該實驗中制備氫氣的裝置也可用于硫酸與碳酸鈉反應制備CO2

【答案】C

【分析】I為氫氣的發生裝置，n為干燥裝置，濃硫酸是常用的干燥劑，裝置ni需水浴加熱，目的是加快

反應的速率，且保持穩定，裝置IV不能采用普通玻璃管的原因是溫度太高，普通玻璃管易熔化，控制好

溫度等，以此解答該題。

【解析】A.根據分析可知，裝置II的作用是除去氫氣中的水蒸氣，即裝置n中盛放濃硫酸，裝置ni的作

用是提供SiHCb氣體，因此在水浴中加熱，不能使用冰水，故A錯誤；B.實驗時應先通入氫氣，目的

是排出裝置中的空氣，防止氫氣不純，在加熱時爆炸，故B錯誤；C.鐵與鹽酸反應生成Fe2+,Fe2+被

H2O2氧化成Fe3+,Fe3+與KSCN溶液反應，溶液變紅色，可以鑒定是否含有鐵單質，故C正確；D.Na2cCh

易溶于水，不能用啟普發生器發生反應，因此不能用于硫酸與Na2c03反應制備，故D錯誤；答案選C。

7.下列有關硅及其化合物的說法正確的是

A.硅在自然界中以游離態和化合態兩種形式存在

B.硅晶體是良好的半導體，可用于制造光導纖維

C.氫氟酸要存放在塑料瓶中

D.Si02對應的水化物是可溶性弱酸

【答案】C

【解析】A.硅在自然界以化合態形式存在，A錯誤；B.硅晶體是良好的半導體，用于制造電腦芯片等、

二氧化硅用于制造光導纖維，B錯誤；C.氫氟酸可以腐蝕玻璃，故用塑料瓶裝，C正確；D.SiCh對應

的水化物是難溶性弱酸，D錯誤；故選C。

8.硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地亮質量的90%以上。

(1)SiO?是玻璃的主要成分之一，Si。?與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為,工藝師常用

(填化學式)溶液來雕刻玻璃。

(2)NazSiOj可通過Si。?與純堿混合高溫熔融反應制得，高溫熔融純堿時下列用土曷可選用的是

A.普通玻璃塔煙B.石英玻璃地煙C.氧化鋁用煙D.鐵垢竭

3273K3273K_

(3)工業生產粗硅的反應有：SiO2+2C^=Si(fi)+2COT，SiO2+3C^=SiC+2COt=若產品中單質

硅與碳化硅的物質的量之比為1：1,則參加反應的C和SiCh的質量之比為=

(4)工業上可以通過如下圖所示的流程制取純硅：

553-573K

①若反應I為Si(粗)+3HClSiHCb+H2,則反應n的化學方程式為0

②整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCb遇水劇烈反應生成H2SQ3、HC1和另一種物質，寫出該

反應的化學方程式：。

【答案】(1)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OHF

(2)D

(3)1：2

1373-1453K

(4)①SiHCb+H2:Si(純)+3HCl②SiHCb+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2T

【解析】(1)SiCh是酸性氧化物，能與堿反應，與NaOH溶液反應的化學方程式為

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O;酸性氧化物一般不與酸反應，但SiCh能與氫氟酸反應，所以常用氫氟酸

來雕刻玻璃；

(2)Na2SiCh可通過SiCh與純堿混合高溫熔融反應制得，反應的方程式為SiCh+Na2cChNazSiCh+CChf,

普通玻璃生煙、石英玻璃用煙都含有Si02,因此熔融純堿時都不能用，即A、B錯誤；氧化鋁具有兩性,

高溫

也能與純堿在高溫下發生反應，反應方程式為ALCh+Na2co3^2NaA102+C02f,所以熔融純堿時也

不能用，即C錯誤；鐵與純堿不反應，且能耐適當的高溫，所以可選用鐵用煙熔融純堿，即D正確。

所以正確答案為D。

(3)若生成ImolSi,則同時生成ImolSiC,根據元素守恒可知，消耗2moiSiCh和ImolC。則參加反應

的C和SiCh的質量之比為1：2；

(4)①由圖可知反應n中SiHCb與氫氣反應生成Si和HC1,反應方程式為：

1373-1453K??

SiHCb+H2Si(純)+3HCl；②SiHCb遇水劇烈反應生成HzSiCh、HC1,結合元素化合價變化可

知另一產物應為氫氣，則反應方程式為：SiHC13+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2t=

素養提升

1.下列關于二氧化硅的說法中錯誤的是

A.SiCh可以制成計算機芯片

B.通常狀況下，二氧化碳為氣態，二氧化硅為固體

C.SiO2同CO2一樣也能與CaO反應生成鹽

D.SiCh可用來生產光導纖維

【答案】A

【解析】A.高純硅可以制成計算機芯片，SiCh