精品解析：第10讲 硅及其化合物

第10讲 硅及其化合物 1.了解Si和SiO2的主要性质，了解CO2和SiO2物理性质差异的主要原因。 2.了解硅酸及常见硅酸盐的性质。 3.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性质与应用。 考点一 硅和二氧化硅 1、硅 (1)原子和晶体结构：硅元素的原子序数为14，基态原子的简化电子排布式为[Ne] 3s23p2，核外电子的空间运动状态有7种，不成对电子数有2种；单晶硅为原子晶体，晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的Si 原子形成4个σ键，Si原子的配位数为4，晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5个Si原子，含Si-Si键数为1。 (2)物理性质：晶体硅为原子晶体，灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高，导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。 (3)化学性质：常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应，在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。 条件 化学反应 化学方程式 常温 跟F2反应 Si＋2F2=SiF4 跟HF反应 Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑ 跟NaOH溶液反应 Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑ 高温 跟O2反应 Si＋O2SiO2 跟Cl2反应 Si＋2Cl2SiCl4 (4)用途：太阳能电池、计算机芯片、半导体材料、制作特种钢及合金等 (5)制备：自然界中无游离态的硅，工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅，有关反应的化学方程式： SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。 2、二氧化硅 (1)空间结构：二氧化硅是直接由原子构成的原子晶体，晶体中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，晶体中的最小环为12元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个环共有，每个O原子被6个环共有，每个Si-O键被6个环共有，Si原子数与O原子数之比为1：2。 (2)物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。 (3)化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应(氢氟酸除外)，能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应。 化学反应 化学方程式 相关应用 与强碱反应 SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O SiO2能与强碱溶液生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放碱性溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，碱性溶液存放应用橡皮塞 与氢氟酸反应 SiO2＋4HF=SiF4↑+2H2O 利用此反应，氢氟酸能刻蚀玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶 与碱性氧化物反应 SiO2＋CaOCaSiO 与某些盐类反应 SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ 之所以能够如此反应，原因是高温条件下，产物CO2容易从反应体系中逃逸，使反应向正方面进行 (4)用途：石英可用于制作石英表和石英玻璃；石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料；水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等；玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品；SiO2被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。 1. 因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记。( ) 2. 下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4Si。( ) 3. 石英砂可用于生产单晶硅。( ) 4. 用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅。( ) 5. Si和SiO2都可用于制造光导纤维。( ) 6. SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。( ) [易错警示] 二氧化碳和二氧化硅的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 化学式 SiO2 CO2 主要物理性质 硬度大、熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水 化学性质 ①与水反应 不反应 CO2+H2OH2CO3 ②与酸反应 不反应 ③与碱反应 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或CO2+NaOH=NaHCO3 ④与盐反应 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ Ca(C1O)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HC1O；CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 ⑤与碱性氧化物反应 SiO2+CaOCaSiO3 CO2+CaOCaCO3 考点二 硅酸和硅酸盐 1.