硅及其化合物

硅及其化合物学习目标•了解单质硅，二氧化硅，硅酸盐主要存在形式，知道它们的主要用途。•掌握二氧化硅的化学性质，能够熟练写出其化学方程式，并灵活应用。•掌握硅酸的性质和制备，知道硅酸盐的性质以及玻璃的制备方法。知识框架1.硅存在形式物理性质化学性质制备2.SiO2存在结构物理性质化学性质3.硅酸物理性质化学性质用途硅酸及硅胶的制备4.硅酸盐概念表示形式常见的硅酸盐及硅酸盐材料玻璃的制备。项目碳硅在自然界中的存在既有化合态又有游离态在地壳中仅以化合态存在，含量居第二原子结构示意图物理性质黑色，固体，金刚石：硬度大，熔点高，不导电；石墨:熔点高，质软，能导电金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性，半导体材料主要化合价0，+40，+4主要用途金刚石，石墨等硅芯片（半导体），硅太阳能电池一.硅（Si）1.存在及物理性质Si+14842+642C2.化学性质化学性质碳硅与非金属单质反应C+O2=CO2;（氧气充足）2C+O2=2CO;（氧气不足）Si+2F2=SiF4;Si+O2=SiO2;Si+2Cl2=SiCl4;与氧化物反应C+2CuO=2Cu+CO2↑，C+H2O（g）==CO+H2不反应与酸反应与浓硫酸，浓硝酸反应Si+HF=SiF4↑+2H2↑（硅只与HF反应）与碱反应不反应Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑（唯一与碱反应放氢气的非金属）高温点燃高温高温•3.硅的制备反应原理：（1）制粗硅：主要以SiO2为原料：SiO2+2C=Si+2CO↑；（粗硅）（2）粗硅提纯：Si（粗硅）+2Cl2==SiCl4；SiCl4+H2==Si+4HCl（纯硅）高温【小试身手】•例1：下列关于硅说法正确的是（）A.硅是人类将太阳能转化为电能的常用材料B.由粗硅制的单晶硅不涉及氧化还原反应。C.Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑，Si是还原剂，NaOH和H2O是氧化剂。D.盐酸可以与硅反应，故可采用盐酸为抛光液抛光单晶硅例2：下列关于硅和碳的比较，正确的是（）A.碳能将二氧化硅中的硅还原成硅，说明碳的还原性比硅强。B.碳和硅的最高正价都是+4价。C.硅元素在地壳中含量居第2，碳居第1位D.自然界的硅和碳的存在形式既有游离态又有化合态AB•3.制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上制高纯硅常用以下反应实现①Si(s)＋3HCl(ｇ)======SiHCl3(ｇ)＋H2(ｇ)②SiHCl3＋H2======Si＋3HCl•对上述两个反应的下列叙述中，错误的是()A.反应①中HCl是还原剂B.反应②是置换反应C．由于反应②放热，则反应①一定吸热D.两个反应都是氧化还原反应B二.硅的化合物•(一)SiO21.存在：结晶形。例如：玻璃，水晶，玛瑙，石英，硅石，沙子。无定形。3.物理性质熔点高硬度大难溶于水2.结构SiO2晶体是由Si和O按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体。不存在SiO2分子，是以Si和O原子构成。通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。SiO2不是分子式，而是化学式（晶体中原子个数最简单的整数比）4.化学性质化学性质CO2SiO2与水生成碳酸不反应与CCO2+C==2COSiO2＋2C＝Si＋2CO↑与酸不反应SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O（用于刻蚀玻璃）与氢氧化钠CO2(少)+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2(多)+Na2CO3+H2O=2NaHCO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3++H2O与碱性氧化物CO2+CaO==CaCO3SiO2+CaO==CaSiO3与盐反应CO2+Na2CO3+H2O==2NaHCO3CO2+Na2SiO3+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑两者相同点都是酸性氧化物，都能与强碱和碱性氧化物反应都有弱氧化性高温高温高温高温SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维石英坩埚玻璃仪器精美瓷器5.用途1、关于二氧化硅说法错误的是（）A、二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成。B、不能由二氧化硅跟水直接作用制取硅酸。C、二氧化硅能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物。D、二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别。AC【小试牛刀】2、下列说法正确的是（）A、SiO2溶于水显酸性B、二氧化硅也叫硅酸酐C、SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D、因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸酸性比碳酸强B•3、证明生石灰中既混有石英、又混有石灰石的正确方法是()A.加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出B.加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解C.加热至高温、观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成D.先加过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解D（二）硅酸（H2SiO3）1.物理性质：溶解度很小，难溶于水2.化学性质（1）弱酸性：酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓（强酸制弱酸）H2SiO3+2NaOH=2H2O+Na2SiO3（2）不稳定性（比H2CO3稳定）：受热易分解H2SiO3==H2O+SiO2∆3.用途硅胶可用作干燥剂，也可作催化剂的载体•4.硅酸的制备(强酸制弱酸)可用可溶性的硅酸钠和其他酸制备，所得溶液凝成硅酸溶胶。SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓5.硅胶的制备H2SiO3硅酸凝胶硅酸干凝胶“硅胶”干燥脱水聚合【即学即练】•例1.能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验是（）A.CO2能溶于水生成碳酸，而SiO2却不能溶于水B.高温时发生反应;SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑C.碳酸比硅酸受热易分解D.将CO2通入的Na2SiO3水溶液中，有白色沉淀生成•例2.为确定HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某同学设计了如上图所示的装置，一次实验即可达到目的（不必选其他酸性物质）。请据此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为_______________。(2)装置B所盛的试剂是___________，其作用是________________。(3)装置C所盛试剂是____________，C中反应的离子方程——————。（4）由此得出结论是，酸性由强到弱依次是：——————————。【解题思路：强酸+弱酸盐-----弱酸+强酸盐】D稀盐酸饱和碳酸氢钠吸收HCl气体硅酸钠溶液盐酸碳酸硅酸SiO32-+CO2（少量）+H2O=CO32-+H2SiO3↓(四)硅酸盐1.定义：硅酸盐由硅，氧，和金属元素组成的化合物的总称2.表示形式：①化学式法（表示组成简单的硅酸盐）如：硅酸钠：Na2SiO3②氧化物法（表示复杂的硅酸盐）用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成例：石棉CaMg3Si4O12：CaO·3MgO·4SiO2（氧化物的顺序按化学式中元素的排列顺序）长石KAlSi3O8：K2O·Al2O3·6SiO2（分数化整）【注意：（1）氧化物顺序：活泼金属氧化物——较活泼金属氧化物——二氧化硅——水；氧化物之间用“•”连接。（2）各原子总个数比符合原来的组成，分数化整数。】3、最简单的硅酸盐——硅酸钠可溶于水，水溶液呈碱性，其水溶液叫水玻璃，又叫泡花碱，可用于制备硅胶，做木材防火剂等。5、硅酸盐材料的制备：原料：水泥：石灰石和黏土玻璃：纯碱，石灰石，石英陶瓷：黏土制备玻璃涉及的反应：4.三大传统的硅酸盐材料产品：水泥、玻璃、陶瓷；水泥主要成分：3CaO•SiO2,2CaO•SiO2,3CaO•Al2O3玻璃的主要成分：Na2O•CaO•6SiO2陶瓷的主要成分：黏土Al2O3•SiO2•2H2O【即学即练】1．下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是()A．NaOH溶液B．Na2SiO3溶液C．盐酸D．氢氟酸2．下列有关Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同点的描述中不正确的是()A．水溶液均显碱性B．滴入盐酸均有气泡产生C．均能与CO2反应D．均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存CB3．露置于空气中一段时间后的水玻璃会浑浊。向此浑浊溶液中加入稀盐酸，会生成白色沉淀，同时伴随有气泡产生。用化学方程式解释产生上述现象的原因：（1）溶液变浑浊：；（2）生成白色沉淀：；（3）产生气泡：4.三硅酸镁是一种胃病患者常用的制酸剂，该物质难溶于水，服用后能中和过多的胃酸，把三硅酸镁Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式___________，写出它中和胃酸(胃酸的主要成分是HCl)的化学方程式____________________________________。Na2SiO3+CO2（少量）+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑2MgO·3SiO2·nH2OMg2Si3O8·nH2O+4HCl=2MgCl2+3H2SiO3↓+(n-1)H2O【随堂演练】•1.下列离子方程式，正确的是（）A．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca2++2OH-+CO2==CaCO3↓+H2OB．碳酸钠溶液中加入二氧化硅：CO32-+SiO2==SiO32-+CO2↑C．二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2+2OH-===SiO32-+H2O↑D．硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3+2OH-===SiO32-+2H2O2.现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验（每一步试剂均过量），由此可以推知硬铝的组成为（）A、Al、Cu、Mg、Si、MnB．Al、Mg、Si、ZnC．Al、Fe、C、CuD．Al、Si、Zn、NaCDA3、下列说法中，错误的是()A．硅酸是不挥发性酸，它与食盐反应生成氯化氢B．氢氟酸能和玻璃发生化学反应，所以氢氟酸要存放在塑料瓶中C．水玻璃有粘性，所以要存放在带橡胶塞的试剂瓶中D．烧碱液能腐蚀玻璃并生成硅酸钠，所以烧碱液要存放在带橡胶塞的玻璃瓶中A4.由硅、铁、铝组成的试样19.4g均匀地分成等质量的两份：一份与足量的稀硫酸反应可产生气体aL；一份与足量的氢氧化钠溶液反应也能产生同种气体bL，合并两次所收集的气体共11.2L，试分析此试样的组成？（气体均在标准状况下测得其体积，且a=b）硅：2.8;铁：11.2;铝：5.4•4.根据右图所示的组织之间的转化关系，回答下列有关问题。（1）写出A、B、C、D各物质的名称：A，B，C，D。•（2）写出D→A的化学方程式___________。•（3）写出下列变化的离子方程式：•B→C_____________________；•D→B______________________。5.某学生兴趣小组想利用高岭土[其主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O]试验新型的净水剂。试验程序如下：其中滤液E就是欲求的净水剂。试回答下列问题：①写出混合物A、B，滤液C、D的主要成分A：；B：；C：；D：。②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式；③该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有A．玻璃坩埚B．瓷坩埚C．氧化铝坩埚D．铁坩埚①A：NaAlO2和Na2SiO3；B：NaAlO2和Na2SiO3；C：AlCl3；D：H2SiO3。②Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑；SiO2＋Na2CO32Na2SiO3＋CO2↑③D