第二讲:硅及其化合物
高三化学 编号:351036 主编人:李 玏 审核:李 玏
班级 学簇 姓名 。
【学习目标】:
1.能描述单质硅和二氧化硅的晶体结构;
2.能叙述硅的物理和化学性质,尤其是化学性质的特殊性;
3.掌握二氧化硅的物理和化学性质;
4.记忆常见硅酸盐的俗名和化学式,能用氧化物形式表示常见的硅酸盐。
【知识框架】:
【知识要点】:
一、 硅
1.存在:地壳中含量仅次于氧,全部以 态的形式存在。
2.晶体结构: 型的空间网状结构,属于 晶体。
3.物理性质:晶体硅的熔沸点 ,硬度 ,可作 材料。
4.化学性质:
(1)常温下,硅能与 溶液反应。硅与烧碱溶液反应的离子方程式为: 。
(2)加热时可与 等非金属反应,硅与氧气反应的方程式为:
。
5.工业制法: 化学方程式为: 。
6.用途:
(1) ;(2)加入铁中制硅铁合金。
二、二氧化硅
1.晶体结构: 1个硅原子与4个氧原子形成4个 ;同时每个氧原子与 个硅原子结合,二氧化硅晶体由硅原子和氧原子按 的原子个数比组成 ,故SiO2晶体中不存在“SiO2”分子。
2.物理性质:熔沸点 ,硬度 , 溶于水。
3.化学性质:
(1)具有酸性氧化物的通性
①与碱性氧化物CaO反应的化学方程式为: 。
②与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为: 。
(2)与碳在高温下反应的方程式为: 。
(3)与氢氟酸反应的方程式为: 。
4.用途:制造 、光学仪器、玻璃原料和建筑材料。
三、硅酸和硅酸盐
1.硅酸(H2SiO3)原硅酸(H4SiO4)
(1)弱酸性 向硅酸钠溶液中通入CO2,反应的离子方程式为: 。
(2)不稳定性 受热易分解,化学方程式为: 。
2.硅酸盐
(1)Na2SiO3 水溶液俗称 。
(2)所有的硅酸盐都可以用氧化物形式表示。先写较活泼金属的氧化物、再写较不活泼金属的氧化物、然后写硅的氧化物,最后写水,某元素的氧化物化学式有多个时,把数字写在此物质化学式的前面,两种氧化物之间用小圆点隔开。
Na2SiO3写成氧化物形式为:Na2O.SiO2。 Al2Si2O5(OH)4写成氧化物形式为: 。
四、重难点突破——硅及其化合物的特殊性
1.硅的还原性比碳强,但在高温下,碳能从二氧化碳中还原出硅。同时生成一氧化碳气体。这可从化学平衡的角度理解,由于产物CO为气体,它的放出降低了生成物的浓度,促使反应向正反应方向进行。与此反应相类似的还有金属钠置换钾。
写出这两个反应的方程式: ; 。
2.炭酸的酸性比硅酸强,在水溶液中可发生反应Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3 + Na2CO3 。但在高温下,可发生反应:SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2 SiO2 + Ca2CO3 === Ca2SiO3 + CO2 。这是因为反应不是在水溶液中发生的。在高温时,利用高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的气体CO2,生成的气体脱离了反应体系,使反应向正反应方向进行到底。与此反应相类似的还有:用磷酸和硝酸盐、氯化物反应制硝酸、盐酸。
写出这两个反应的方程式: ; 。
3.常温条件下,非金属单质一般不与强碱溶液反应,而硅单质可与强碱溶液反应生成氢气。原理同铝和强碱相似,硅先和水形成原硅酸和氢气,但此反应很微弱。当加入强碱后,强碱溶解原硅酸,促使反应征向移动,最终生成硅酸盐和氢气。
写出这两个反应的方程式: ; 。
4.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但硅能跟氢氟酸作用。方程式为: 。
5.非金属氧化物一般为分子晶体,但二氧化硅为原子晶体。
6.酸性氧化物一般不与酸作用,但二氧化硅能与氢氟酸作用。
7.无机酸一般易溶于水,但硅酸难溶于水。
8.硅酸钠的水溶液俗称泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液。
9.二氧化硅虽是硅酸的酸酐,但不能用SiO2和水反应制备硅酸,只能用可溶性硅酸盐溶液和酸反应制备。
10.二氧化硅是熔点最高的非金属氧化物,H2SiO3是常温下呈固态的酸。
【典例剖析】:
指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,在A——E选项中选择正确的答案填入括号内。
①SiO2 + 2NaOH === Na2SiO3 + H2O ( ) ②SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 + CO2 ( )
③SiO2 + 2C === Si + 2CO ( ) ④SiO2 + 3C === SiC + 2CO ( )
⑤SiO2 + 4HF === SiF4 + 2H2O ( )
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 B.氧化性 C.酸性氧化物的通性
D.将挥发性酸的酸酐从其盐中置换出来 E.未参加氧化还原反应
解析:本题全面考查SiO2的性质,将所给选项结合实际一一对应查找。A用来雕刻玻璃,应有氢氟酸(HF)参与反应;B中强氧化性是指反应物SiO2中Si得电子,化合价降低;C中表现酸性氧化物的通性是指SiO2与碱反应;D是挥发性酸酐,应为CO2而不是CO。
答案:① ( C ) ② ( D ) ③ ( B ) ④ ( E ) ⑤ ( A )
【实战演练】:
(A级)1.2008年北京奥运奖牌——“金镶玉”奖牌中玉的化学成分多为含水钙镁硅酸盐,如Ca2Mg5Si8O22(OH)2,此硅酸盐用氧化物形式表示为:
(A级)2.在①浓硝酸;②水;③王水;④氢氟酸;⑤氢氧化钾溶液中,能与二氧化硅起化学反应的是( )
A.①② B.②④ C.④⑤ D.③④
(B级)3.现有下列五个转化,其中不可能通过一步反应实现的是( )
①SiO2---Na2SiO3 ②CuSO4---CuCl2 ③SiO2---H2SiO3 ④CuO---Cu(OH)2 ⑤Na2O2---NaOH
A.①② B.③④ C.②③④ D.②③④⑤
(C级)4.(2008年高考广东卷)硅单质及其化合物应用范围很广,请回答下列问题:
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:
① 写出由SiHCl3 制备高纯硅的化学方程式
② 整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3 遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学方程式
H2还原SiHCl3 过程中若混入O2,可能引起的后果是
(2)下列有关硅材料的说法正确的是 (填字母)
A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥;
B.碳化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承;
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维;
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高;
E.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅。
(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃,取少量硅酸钠溶液于试管中,逐滴加入饱和氯化铵溶液,振荡,写出实验现象并给予解释 。
(C级)5.用SiHCl3与过量的H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置略去)
①装置B中的试剂是 ,装置C中的烧瓶需要加热,其目的是
;
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是 ;
装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ;
装置D中发生反应的化学方程式为: 。
(C级)6.某研究小组进行了“实验室制Si的研究,他们以课本为基础,查阅资料得到以下可供参考的信息:①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si;②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应;③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH4;④Si和SiO2均不与稀硫酸反应;⑤SiH4在空气中可自燃。
他们在研究报告中记载着:“......选用合适的物质在适宜的条件下充分反应;再用足量稀硫酸溶解固体产物;然后过滤、洗涤、干燥;最后称量......在用稀硫酸溶解固体产物时,发现有爆鸣声和火化,其产率也只有预期值的63%左右。”
(1)该小组“实验室制Si”的化学方程式是 。
(2)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时,发现有爆鸣声和火化”的原因是
。
【学后反思】:
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