第08讲 硅酸盐材料 硅讲义 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第08讲 硅酸盐材料 硅 知识导航 模块一 硅酸盐材料 知识精讲 一、硅元素的“位——构——性” 元素位置 原子结构 元素性质 第三周期 第IVA族 既不容易得到也不容易失去电子，主要形成四价的共价化合物 硅元素在地壳中含量仅次于氧，居第二位。硅有亲氧性，在自然界中仅以________态存在，即硅酸盐和氧化物的形式。 【答案】化合 二、硅酸盐的概念、结构与特点 1．概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。 2．结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。 3．特点：硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 三、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥 陶瓷 玻璃 水泥 主要原料 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 纯碱、石灰石、石英砂(主要成分是SiO2) 黏土、石灰石 主要成分 Al2O3·2SiO2·2H2O Na2CO3、CaCO3、SiO2 硅酸二钙、铝酸三钙等 反应原理 高温烧结而成 高温下发生复杂的物理和化学变化 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 制混凝土，大量用于建筑和水利工程 制取玻璃的反应方程式为:____________________________________________________________________。 【答案】SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ 四、最简单的硅酸盐——硅酸钠 1．Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。 2．用途：黏合剂，防火剂，制备硅胶。 经典例题 题型一：传统无机非金属材料 【例1】下列物质中不含硅酸盐的是( ) A．陶瓷 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰 【答案】D 【解析】 【详解】 陶瓷、玻璃、水泥都属于传统无机非金属材料，主要成分都是硅酸盐；生石灰的主要成分为CaO，不属于硅酸盐，D选项满足题意； 答案选D。 【变1-3】2013年2月，俄罗斯境内有大量陨石坠落，经化学分析，陨石中游离态的铁含量约为10%，此外还有橄榄石(Fe2SiO4)、亚硫酸盐等成分，下列有关说法正确的是 A．此陨石是一种纯度较高的硅酸盐矿石 B．此陨石具有耐酸碱的特性 C．陨石中含有游离态的铁是因为在外太空中铁的活性比地球上铁的活性低 D．橄榄石中Fe为+2价 【答案】D 【解析】 【详解】 A、陨石的成分有游离态的铁含量约为10%，此外还有橄榄石(Fe2SiO4)、亚硫酸盐，故不是纯度较高的硅酸盐矿石，故A错误； B、陨石中的铁、橄榄石和亚硫酸盐均能与酸反应，故不耐酸的腐蚀，故B错误； C、游离态的铁的活性相同，故C错误； D、根据橄榄石的化学式Fe2SiO4可知：硅元素的化合价为+4价，氧元素为-2价，根据化合价的代数和为0，故铁元素为+2价，故D正确； 答案选D。 模块二 硅 知识精讲 一、硅单质的物理性质与用途 1．物理性质：硅单质是带有金属光泽的灰黑色固体，其结构与金刚石类似，为空间网状结构，所以晶体硅的硬度大、熔点高。 2．用途：硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界处，晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是一种良好的_________材料，因此晶体硅常用于制作集成电路板(硅芯片)和太阳能电池极板。 【答案】半导体 二、硅的化学性质 1．与非金属单质反应 (1)与F2：Si + 2F2 === SiF4 ； (2)与Cl2：Si + 2Cl2 SiCl4 ； (3)与O2：Si + O2 SiO2 ； (4)与C：Si + C SiC 2．与酸、碱反应 (1)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：Si + 4HF === SiF4↑ + 2H2↑； (2)硅与强碱溶液反应生成氢气：Si + 2NaOH + H2O === Na2SiO3 + 2H2↑。 三、硅的制备 制备原理 用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。 制备流程 反应方程式 【答案】SiO2 + 2C Si + 2CO↑ Si + 3HCl SiHCl3 + H2 SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 经典例题 题型二：硅的性质及应用 【变3-2】硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中，正确的是(　　) A．如图是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力是以Si为原料制作的太阳能电池