第2课时 硅酸盐和硅单质
【学习目标】
1.知道硅酸钠的性质和用途。
2.学会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。
3.知道玻璃、水泥和陶瓷是硅酸盐制品以及生产它们的主要原料。
4.知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途。
【新知导学】
一、硅酸盐
1．有下列含硅物质：①硅酸钙(CaSiO3)，②长石(KAlSi3O8)，③石棉(CaMg3Si4O12)，它们都属于硅酸盐。
(1)硅酸盐在组成上的相同点是都是由______________元素组成的化合物。
(2)硅酸盐常用二氧化硅和金属氧化物的
( http: / / www.21cnjy.com )组合形式表示其组成，如硅酸钙CaSiO3可表示为CaO·SiO2，长石表示为____________________，石棉表示为____________。
2．硅酸钠是最简单的硅酸盐，俗名________，是一种白色固体，________于水，其水溶液俗称________。
(1)硅酸钠化学性质相对稳定，不易腐蚀，不能燃烧，常用于制备黏合剂、防腐剂和________。
(2)硅酸钠能与酸反应生成沉淀，其离子方程式是_____________________________。
3．硅酸盐产品有着广泛的应用，大家熟悉的玻璃、水泥和陶瓷是常见的硅酸盐产品，也是使用量最大的无机非金属材料。
(1)阅读教材填写下表：
硅酸盐产品
原料
主要设备
主要成分
水泥
3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3
玻璃
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
硅酸盐
(2)硅酸盐产品水泥与陶瓷的共同原料是________，水泥与玻璃的共同原料是________。
4．特殊功能的含硅物质
(1)金刚砂(SiC)具有类似________的结构，硬度______，可用作砂纸、砂轮磨料。
(2)硅钢(含硅4%)具有很高的________，主要用作变压器铁芯。
(3)硅橡胶：既耐________又耐________，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料等。
(4)人工制造的分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)，主要用作________和________。
【归纳总结】
用氧化物形式表示硅酸盐的组成
(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
(2)氧化物之间以“·”隔开。
(3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。
(4)若出现分数时应化为整数。
【活学活用】
1．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(CaAl2Si3O10·3H2O)，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·SiO2
C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O
2．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡
( http: / / www.21cnjy.com )丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)。下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( )
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱
D．x等于6
二、硅单质
1．单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。
(1)晶体硅结构如图所示，为具有____________形网状结构的晶体，与________结构相似。
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第1节
无机非金属材料的主角---硅\\B12.TIF"
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(2)晶体硅是一种带有____________的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点________、硬度________、有脆性。
(3)晶体硅的导电性介于____________之间，是良好的________材料。
2．硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质__________。
(1)加热时硅能与氧气、氯气、碳等发生反
( http: / / www.21cnjy.com )应。写出硅与氯气反应的化学方程式________________________________________________________________________。
(2)常温下，硅能与F2、HF和强碱溶液反应
( http: / / www.21cnjy.com )，写出硅与氢氟酸反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段：
(1)用碳还原二氧化硅制备粗硅，反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
(2)将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还
( http: / / www.21cnjy.com )原制备纯硅，反应的化学方程式是____________________________，______________________________________________。
【归纳总结】
(1)硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅。
(2)单质硅常用作半导体材料和合金材料。
【活学活用】
3．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )
A．晶体硅和金刚石的物理性质相似
B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
4．下列关于碳和硅的比较，正确的是( )
A．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸
B．碳和硅的最高正价都是＋4价
C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位
D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态
【学习小结】
硅及其化合物的转化关系
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无机非金属材料的主角---硅\\232.TIF"
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【达标检测】
1．下列有关硅酸盐的说法中正确的是( )
A．硅酸盐中的阴离子都是SiO
B．硅酸盐都难溶于水
C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的
D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂
2．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )
A．陶瓷餐具
B．石英钟表
C．计算机芯片
D．光导纤维
3．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )
A．这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
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
4．青石棉(crocidolite
( http: / / www.21cnjy.com ))是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是( )
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1
mol青石棉能使1
mol
HNO3被还原
5．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
(1)工业上生产粗硅的反应：SiO2
( http: / / www.21cnjy.com )＋2CSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________。
(2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
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第1节
无机非金属材料的主角---硅\\233.TIF"
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①若反应Ⅰ为Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，则反应Ⅱ的化学方程式为________________
__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②整个制备过程中必须严格控制
( http: / / www.21cnjy.com )无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：____________________________________________________
________________________________________________________________________。
③假设每一轮次制备1
mol纯硅，且生产过
( http: / / www.21cnjy.com )程中硅元素没有损失。反应Ⅰ中HCl的利用率为90%。反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是________。
答案精析
新知导学
一、
1．(1)硅、氧和金属 (2)K2O·Al2O3·6SiO2 CaO·3MgO·4SiO2
2．泡花碱 易溶 水玻璃 (1)防火剂
(2)SiO＋2H＋===H2SiO3↓
3．(1)(从左到右，从上到下)石灰石、黏土 水泥回转窑 纯碱、石灰石、石英 玻璃窑 黏土
(2)黏土 石灰石
4．(1)金刚石 很大 (2)导磁性 (3)高温 低温 (4)吸附剂 催化剂
活学活用
1．D [根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断
( http: / / www.21cnjy.com )，A中Al2O3和CaO的排列顺序有误；B中化学计量数出现了；C中正确的写法应为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；D的写法完全符合要求。]
2．C [“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳
( http: / / www.21cnjy.com )定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D均正确。]
二、
1．(1)正四面体 金刚石 (2)金属光泽 高 大
(3)导体和绝缘体 半导体
2．不活泼 (1)Si＋2Cl2SiCl4
(2)Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
3．(1)SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
(2)Si(粗)＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
活学活用
3．A
4．B [SiO2不溶于水，
( http: / / www.21cnjy.com )也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅。故正确答案为B。]
达标检测
1．D 2.C
3．D [水玻璃是一种矿物胶，可
( http: / / www.21cnjy.com )作黏合剂、耐酸水泥掺料，木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧，水玻璃的化学性质稳定，但在空气中易与二氧化碳反应生成硅酸。]
4．B [硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素
( http: / / www.21cnjy.com )(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，所以青石棉是一种硅酸盐产品，A正确；硅酸盐中不含二氧化硅，所以青石棉中不含石英晶体，B错误；硅酸盐写成氧化物形式的先后顺序为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，C正确；青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，N元素由＋5价降低到＋2价，得三个电子，因为青石棉中含有二价亚铁离子，根据氧化还原反应中得失电子相等可得青石棉与被还原硝酸的关系式为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O～HNO3，所以1
mol青石棉能使1
mol硝酸被还原，D正确。]
5．(1)5∶2 (2)①SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑ ③5∶1
解析 (1)根据反应SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑，生成1
mol
Si需消耗2
mol
C和1
mol
SiO2，生成1
mol
SiC需消耗3
mol
C和1
mol
SiO2，产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。(2)①反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。②化学方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。第一节 无机非金属材料的主角——硅
第1课时 二氧化硅和硅酸
【学习目标】
1.了解硅在自然界中的存在形式，硅酸盐产品的组成和重要用途。
2.了解二氧化硅的结构、性质和用途。
3.了解硅酸的制备、性质和应用。
【新知导学】
一、二氧化硅
1．硅元素在地壳中的含量是26.3%，仅次于氧。
(1)硅元素在自然界中主要以____________的形式存在，因为硅是一种________元素。
(2)硅原子结构示意图为__________________________，最外层有________个电子，易形成________价的化合物。
2．硅的氧化物为二氧化硅，俗名为________。
(1)天然二氧化硅分为________(如方石类、水晶等)和________(如硅藻土)。
(2)根据日常生活中的实例描述二氧化硅的物理性质：________________________。
(3)二氧化碳和二氧化硅性质的比较(写出相关化学方程式)。
CO2
SiO2
物理性质
与碱性氧化物反应
与碱液反应
与水反应
不反应
与酸反应
不反应
只与HF反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
相同点
都是酸性氧化物(酸酐)，与碱反应生成盐和水
【归纳总结】
(1)二氧化硅与二氧化碳的物理性质差异较大的原因是____________________。
二氧化硅晶体结构如图：
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二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按________的比例所组成的____________结构的晶体。
(2)二氧化硅的化学性质很稳定，与水、一般酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。
【活学活用】
1．关于二氧化硅，下列叙述正确的是________(填序号)。
①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚
②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸
③物理性质与CO2相似
④SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的
⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2
⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”
2．二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是( )
A．二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B．二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C．实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D．氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
二、硅酸
1．硅酸的制备：按表中实验操作要求完成实验，并将观察到的实验现象及有关结论填入表中：
实验操作
实验现象
实验结论
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2.写出上述实验中反应的化学方程式。
(1)Na2SiO3溶液与盐酸反应：__________________________________________________。
(2)将CO2通入Na2SiO3溶液中：______________________________________________。
【归纳总结】
(1)实验室常用________________与酸反应制取硅酸。
(2)硅酸的性质：①具有酸性，酸性比碳酸弱；②受热易分解。
(3)硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时
( http: / / www.21cnjy.com )可形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到________________，具有较强的________性，常用作干燥剂及催化剂载体。
【活学活用】
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(胶体)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
【学习小结】
1．石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。二氧化硅是硅酸的酸酐，但硅酸不能由二氧化硅与水反应制得。
2．熟记三个化学方程式
(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；
(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；
(3)Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
【达标检测】
1．华裔科学家高锟因“在光学通信领域中光在光导纤维中传输”的研究方面所取得的开创性成就获得了诺贝尔物理学奖。光导纤维的主要成分是( )
A．Si
B．SiO2
C．Na2SiO3
D．SiCl4
2．下列说法正确的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
B．二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成
C．硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水
D．CO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂
3．下列溶液中
①碳酸钠溶液
②氢氟酸
③氢氧化钠溶液
④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是( )
A．①③
B．②④
C．②③
D．①④
4．下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是( )
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第1节
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A．SiO2属于两性氧化物
B．酸性：H2SiO3＞H2CO3
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
5．硅胶和石英的主要成分都是SiO2，前者
( http: / / www.21cnjy.com )是结构疏松的SiO2，后者是结构致密的SiO2。二者成分相同，结构不同，化学性质相同，物理性质上表现出差别，具有不同的用途。由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式(是离子反应的，写出离子方程式)。
(1)用NaOH(aq)溶
( http: / / www.21cnjy.com )解石英：_____________________________________________________。
(2)过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生：____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：__________________________
______________________________________________________________________________。
写出硅胶的一种用途：________________。
答案精析
新知导学
一、
1．(1)氧化物及硅酸盐 亲氧 (2)
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第1节
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4 ＋4
2．硅石 (1)结晶形 无定形 (
( http: / / www.21cnjy.com )2)坚硬固体、不溶于水、熔点高 (3)(从左到右，从上到下)气体，熔、沸点低，易溶于水 固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水 CaO＋CO2===CaCO3 CaO＋SiO2CaSiO3 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O SiO2＋
2NaOH===Na2SiO3＋H2O CO2＋H2O??H2CO3
归纳总结
(1)物质晶体结构不同 1∶2 立体网状
活学活用
1．⑤⑥
2．B [二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的
( http: / / www.21cnjy.com )数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。]
二、
1．(从左到右，从上到下)溶液变为红色 Na2SiO3溶液呈碱性
溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成 硅酸为不溶于水的白色固体 有白色胶状沉淀物生成 硅酸的酸性比碳酸弱
2．(1)Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
(2)Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
归纳总结
(1)可溶性硅酸盐 硅胶(或硅酸干凝胶) 吸水
活学活用
3．D [SiO2不能与水
( http: / / www.21cnjy.com )反应生成硅酸，A错；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错。]
达标检测
1．B 2.D 3.A
4．C [SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3＞H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应。]
5．(1)2OH－＋SiO2===SiO＋H2O
(2)SiO＋2H＋===H2SiO3↓
(3)H2SiO3H2O＋SiO2 干燥剂(或催化剂载体)
解析 (1)石英的主要成
( http: / / www.21cnjy.com )分是酸性氧化物SiO2，与碱反应生成盐和水：2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O。(2)过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na2SiO3(aq)，硅酸是弱酸，Na2SiO3与盐酸发生复分解反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。(3)微热，H2SiO3(aq)浓缩，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶：H2SiO3H2O＋SiO2。硅胶的制备过程：
石英(SiO2)Na2SiO3H2SiO3硅胶。硅胶的主要用途有两种：作干燥剂或作催化剂的载体。
