知识讲解 无机非金属材料的主角基础

无机非金属材料的主角——硅

编稿：房鑫责编：闫玲玲

【学习目标】

1、掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，粗硅的制法；

2、认识硅酸盐作为无机非金属材料的特性及其用途。

【要点梳理】

要点一、二氧化硅

要点诠释：

（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

（2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。

（3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。

2．二氧化硅的用途

常被用作石英表中的压电材料，高性能的现代通讯材料——光导纤维。

要点二、硅酸（H2SiO3）

1．硅酸的性质

硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。

硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。如：

H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。

硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiO2和H2O。

2．硅酸的制取

由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。

Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，

Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。

要点三、硅酸盐

1．硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。一般不溶于水，稳定性高。它是构成岩石和土壤的主要成分，硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常用氧化物的形式来表示其组成。例如：硅酸钠Na2SiO3（Na2O·SiO2），高岭石Al2Si2O5(OH)4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。

书写顺序为：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

注意事项：（1）氧化物之间以“·”隔开；（2）计量数配置出现分数应化为整数。

例如：钾长石KAlSi3O8不能写成12K2O·12Al2O3·3SiO2，应写成

K2O·Al2O3·6SiO2。

2．常用的硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。

3．无机非金属材料。

（1）传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥。

（2）新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。

要点四、硅的单质

1．硅的化学性质。

在常温下，硅的化学性质不活泼。不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等反应。但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。

（1）硅和氟气反应：Si+2F2==SiF4。

（2）硅和氢氟酸反应：Si+4HF==SiF4↑+2H2↑。

（3）硅和氢氧化钠溶液反应：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。

（4）硅在氧气中加热：Si+O2△

SiO2。

规律总结：硅与烧碱溶液反应的实质是：

Si+3H2O△

H2SiO3+2H2↑，

H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。

从分步反应看，起氧化作用的只是H2O，而NaOH既不是氧化剂又不是还原剂，仅为反应物。其电子转移情况为：

2．硅的工业制法。

3．晶体硅的用途。

用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。

【典型例题】

类型一、 SiO2的性质和用途

例1、（2016 河北省唐山市期末考）下列有关硅及其化合物的性质和用途正确的是（）。

①SiO2可用来制造半导体器件；②硅可用于制造光导纤维；③常温下，SiO2与焦炭反应制取硅；④SiO2溶于水制硅酸

A．③ B．①②③ C．③④ D．②③④

【答案】A

【解析】①二氧化硅可制造光导纤维，做半导体器件的是单质硅，故①错误；②硅是一种良好的半导体，能做半导纤维的是二氧化硅，故②错误；③碳能在高温条件下将硅单质还原出来：2C+SiO2高温

Si+2CO2↑，故③正确；④二氧化硅不溶于水，故不能和水发生化合反应生成硅酸，故④错误。

【总结升华】二氧化硅的化学性质很稳定，常温下只与氢氟酸、强碱溶液反应，在加热条件下可体现二氧化硅酸性氧化物的通性。

举一反三：

【变式1】不能用磨口玻璃塞的试剂瓶贮存的一组物质是（）

A．溴水、氯水、碘水

B．氢溴酸、盐酸、氢硫酸

C．浓硝酸、浓硫酸、高氯酸

D．NaOH溶液、KOH溶液、Na2SiO3溶液

【答案】D

【变式2】赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而成的。这种物质是（）

A．盐酸 B．氢氟酸 C．烧碱 D．纯碱

【答案】B

【变式3】地壳中含量位于第一、二位的元素之间形成的化合物不具有的性质是（）。A．常温下与苛性钠反应 B．常温下与水反应

C．常温下与氢氟酸反应 D．高温下与氧化钙反应

【答案】B

类型二、硅酸的性质和制备

例2、写出以SiO2为原料制备H2SiO3的化学反应方程式________。

【答案】①SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O；

②Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓（或Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓）【解析】SiO2难溶于水，不能与水发生反应，这样就只能先用SiO2与其他物质作用生成硅酸盐，再根据硅酸是弱酸，用硅酸盐与酸作用来制备硅酸。

【总结升华】一般来说，受热易分解的酸或碱，其对应的氧化物不能与水反应。如H2SiO

3△

SiO2+H2O，则SiO2不能与水反应；Cu(OH) 2△

CuO+H2O，则CuO不能与水反应。

举一反三：

【变式1】下列离子方程式不正确的是（）。

A．石英与烧碱溶液反应：SiO2+2OH－==SiO32－+H2O

B．向氢氧化钠溶液中通入过量CO2：CO2+2OH－==CO32－+H2O

C．向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H++SiO32－==H2SiO3↓

D．向碳酸钙上滴稀硝酸：CO32－+2H+==H2O+CO2↑

【答案】BD

【变式2】下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（）

A．Na2SiO3→H2SiO3B．SiO2→Na2SiO3

C．H2SiO3→SiO2 D．SiO2→H2SiO3

【答案】D

【变式3】下列过程中，生成物的化学成分相同的是（）

（1）纯碱晶体置于空气中，会生成白色粉末状物质

（2）盛澄清石灰水的烧杯内壁内附着白色物质

（3）生石灰久置于空气中，会生成白色固体物质

（4）Na2SiO3的水溶液置于敞口容器中，溶液中出现白色浑浊

A．（1）（4） B．（2）（3） C．（1）（2） D．（3）（4）

【答案】B

类型三、硅酸盐的性质及其表示方法

例3、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3SiO2·CaO·Al2O3·3H2O B．镁橄榄石（Mg2SiO4），表示为MgO·12SiO2