2018版-第4章-无机非金属材料的主角——硅。知识点

精心整理第一节无机非金属材料的主角——硅1．了解SiO2的结构、性质和用途。(重点)2．了解硅酸的制备和化学性质。3．了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。4．了解硅的性质和用途。(重点)5．了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。二氧化硅和硅酸[基础·初探]教材整理1二氧化硅1．硅元素的存在2．二氧化硅(SiO2)(1)存在SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。(2)结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O周围结合2个Si原子。(3)物理性质熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。(4)化学性质(写出有关化学方程式)(5)用途①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。④实验室中使用石英坩埚。教材整理2硅酸(H2SiO3)1．物理性质硅酸是一种难溶于水的白色胶状物。2．化学性质(1)弱酸性精心整理向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀，反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性弱。(2)不稳定性H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3H2O＋SiO2。3．制备Na2SiO3溶液中加入盐酸，反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)。4．存在及用途(1)浓度小且边加边振荡时，形成硅酸溶胶(胶体)；浓度大时，形成硅酸凝胶。(2)硅胶硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有很强的吸水性，常用作干燥剂或催化剂的载体。[探究·升华][思考探究]探究1SiO2的主要性质及应用(1)为什么实验室盛放NaOH溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞？(玻璃的成分中含有SiO2)【提示】当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含SiO2，磨砂玻璃遇到强碱如NaOH溶液时，SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3，使试剂瓶受腐蚀。Na2SiO3溶液有良好的黏结性，它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。故使用橡胶塞而不能使用玻璃塞。(2)实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？为什么？写出反应方程式。【提示】不能。因为氢氟酸腐蚀玻璃，和玻璃中的成分SiO2反应。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)写出SiO2、CO2与CaO反应的化学方程式。【提示】SiO2＋CaOCaSiO3、CO2＋CaO===CaCO3。探究2硅酸的制备实验探究实验操作实验现象滴加酚酞溶液后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有透明胶状物生成精心整理结论Na2SiO3溶液呈碱性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是__________，其离子方程式为____________，然后改加NaOH溶液，反应的离子方程式为____________。【提示】生成白色沉淀SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋COH2SiO3＋2OH－===SiO＋2H2O[认知升华]升华1SiO2和CO2的比较SiO2CO2不同点熔、沸点高低状态无色晶体气态与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应不反应相同点与碱性氧化物反应CaO＋SiO2CaSiO3CO2＋CaO===CaCO3与碱反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O与某些盐反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3与碳反应SiO2＋2CSi＋2CO↑CO2＋C2CO升华2硅酸的主要性质及应用(1)硅酸是中学化学中惟一一个不溶于水的酸，硅酸酸性很弱、不能使酸碱指示剂变色。(2)实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。(3)硅酸的性质：①具有酸性，酸性比碳酸弱；②受热易分解。(4)硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时可形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到硅胶(或硅酸干凝胶)，具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化剂载体。[题组·冲关]题组1SiO2的性质与应用1．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()A．水晶的主要成分是二氧化硅精心整理B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应【解析】水晶的主要成分为SiO2，A项正确；CO2是由分子构成的，而SiO2是Si和O按1∶2组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别较大，B项正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C项正确；SiO2可以与氢氟酸反应，D项错误。【答案】D2．下列说法不正确的是()【】A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物B．在反应SiO2＋2CSi＋2CO↑中SiO2作氧化剂C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D．氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸【解析】A项，SiO2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧化物，错误；B项，在该反应中SiO2被C还原为Si，SiO2作氧化剂，正确；C项，由于SiO2是一种空间立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确；D项，SiO2能与氢氟酸反应，故常用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。【答案】A题组2H2SiO3的性质、制备与应用3．下列关于硅酸的说法正确的是()【】A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂【解析】SiO2不能与水反应生成硅酸，A错误；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错误；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错误。【答案】D4．碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是()A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水精心整理B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C．高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成CO2D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀【解析】根据强酸制弱酸的原理，CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀，此项实验事实可证明碳酸的酸性比硅酸强。【答案】B5．为了进一步确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用下图所示装置进行一次实验即可达到目的(不必再选用其他酸性溶液)。请回答：(1)A中的化学反应方程式可能为__________________________________。(2)B装置的作用是_____________________________________________。(3)C中的现象有_____________，反应离子方程式为__________________。(4)根据实验，三种酸的强弱顺序为_____________，其依据为________________________________________________________________________。【答案】(1)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O(2)除去CO2中的HCl，防止HCl与Na2SiO3反应(3)产生白色胶状沉淀CO2＋H2O＋SiO===H2SiO3(胶体)＋CO(4)HClH2CO3H2SiO3强酸制弱酸硅酸盐和硅单质[基础·初探]教材整理1硅酸盐1．硅酸盐的组成与表示(1)定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。(2)性质：结构复杂，大多不溶于水，化学性质稳定。(3)表示：通常以二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如，①Na2SiO3：Na2O·SiO2。②长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。③镁橄榄石(Mg2SiO4)：2MgO·SiO2。【特别提醒】以氧化物形式表示硅酸盐组成的方法1方法：找出组成元素；写出氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗漏。2氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。精心整理3氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，扩大倍数化为整数。4氧化物之间用“·”隔开。2．最简单的硅酸盐——Na2SiO33．三种常见的硅酸盐产品——无机非金属材料产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙2CaO·SiO2硅酸三钙3CaO·SiO2铝酸三钙3CaO·Al2O3玻璃纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土——4．其他含硅物质(1)SiC：俗称金刚砂，类似金刚石的结构和性能。(2)含4%硅的硅钢具有导磁性，用作变压器铁芯。(3)硅橡胶：耐高温又耐低温。(4)人造分子筛：作吸附剂和催化剂。教材整理2硅单质1．种类及结构单质硅分为晶体和无定形两种，晶体硅的结构与金刚石类似。2．性质(1)物理性质色、态光泽熔点硬度质地导电性灰黑色固体光泽金属高大脆半导体(2)化学性质在常温下化学性质不活泼，但能与氟气、HF、NaOH溶液发生反应。3．用途(1)半导体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光电池等。【特别提醒】硅单质性质的特殊性精心整理1一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅和金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3Si的还原性大于C，但单质C在高温下能从SiO2中还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。4非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且反应能放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。5非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。[题组·冲关]题组1硅酸盐的组成、性质和应用1．下列关于硅酸盐的说法中正确的是()A．硅酸盐都难溶于水B．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂C．硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅【解析】A项，Na2SiO3可溶于水，错误；C项，硅酸盐可用氧化物的形式表示，但不是由各种氧化物组成，错误；D项，所用原料可能不含硅，错误。【答案】B2．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是()【】A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·SiO2C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]，表示为Al2O3·2SiO2·2H2O【解析】A项，Ca(Al2Si3O10)·3H2O应表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O(排序错)；B项，Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2(不能在系数中出现分数)；C项，K2Al6Si6H4O24应表示为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(排序错)。【答案】D3．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是()【】A．它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀B．水玻璃是生产玻璃的主要原料之一精心整理C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质【解析】水玻璃是硅酸钠的水溶液，A错误；水玻璃