第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅硅第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、硅元素一、硅元素1.含含量量：硅硅在在地地壳壳中中含含量量为26.3%，仅次次于于_。2.原原子子结构构：硅硅的的原原子子结构构示示意意图为_。最最外外层电子子数数为_个个，其其原原子子既既不不易易失失去去也也不易得到不易得到电子子,主要形成四价的化合物。主要形成四价的化合物。氧氧43.存存在在：硅硅是是一一种种亲氧氧元元素素，在在自自然然界界中中总是是与与氧氧相相互互化化合合，以以熔熔点点很很高高的的_及及_形形式式存存在在于于岩岩石石、沙沙子子和和土土壤壤中，占地壳中，占地壳质量的量的90%以上。以上。二、二氧化硅二、二氧化硅1.存在存在SiO2存存在在形形态有有_形形和和无无定定形形两两大大类，统称称硅硅石石。石石英英、水水晶晶、玛瑙瑙、沙沙子子、光光导纤维的主要成分均是的主要成分均是_。氧化物氧化物硅酸硅酸盐结晶晶SiO22.构造构造SiO2晶晶体体是是_空空间网网状状结构构，每每个个Si周周围结合合_个个O，每每个个O周周围有有_个个Si，Si O_。3.物理性物理性质熔熔点点：_；硬硬度度：_；溶溶解解性性：_溶于水。溶于水。四面体四面体421 2高高大大不不SiO22NaOH = Na2SiO3H2OSiO24HF = SiF42H2O5.用途用途(1)沙子是基本的建筑材料；沙子是基本的建筑材料；(2)纯净的的SiO2是是现代代光光学学及及光光纤制制品品的的基基本材料，可以制作本材料，可以制作_；(3)石英和石英和玛瑙制作瑙制作饰物和工物和工艺品；品；(4)实验室中使用石英坩室中使用石英坩埚。光光导纤维想一想想一想1实验室盛装实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么溶液的试剂瓶为什么用橡皮塞，而不用玻璃塞？用橡皮塞，而不用玻璃塞？提示：玻璃中含有提示：玻璃中含有SiO2，SiO2与与NaOH溶液溶液反应生成黏性的反应生成黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口，会使瓶塞与瓶口粘在一起，不易打开。粘在一起，不易打开。三、硅酸三、硅酸1.物理性物理性质颜色色：_；形形状状：胶胶状状固固体体；溶溶解解性性：_溶于水。溶于水。2.化学性化学性质(1)弱酸性弱酸性向向Na2SiO3溶溶液液中中通通入入适适量量CO2气气体体，化化学学方程式方程式为：白色白色难_。结论(酸酸性性)：H2SiO3_H2CO3。(2)不不稳定性定性H2SiO3不不稳定定，受受热易易分分解解，化化学学方方程式程式为：_。Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3H2SiO3 SiO2H2O3.制制备备实验操操作作实验现象象滴加酚滴加酚酞后溶液呈后溶液呈_色，滴加色，滴加稀稀盐酸后溶液酸后溶液变为_色，有色，有_生成生成结论Na2SiO3溶液呈溶液呈_性；滴加稀性；滴加稀盐酸酸后反后反应的化学方程式的化学方程式为：_红无无白色胶状物白色胶状物质碱碱Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体胶体)4.硅胶硅胶SiO2干燥剂干燥剂催化催化剂四、硅酸四、硅酸盐1.概念概念硅硅酸酸盐是是由由_、氧氧和和金金属属组成成的的化化合合物物的的总称。称。2.硅酸硅酸盐的性的性质硅硅酸酸盐是是一一类结构构复复杂的的固固态物物质，大大多多_于水，化学性于水，化学性质很很稳定。定。硅硅不溶不溶3.硅酸硅酸盐组盐组成的表示成的表示通通常常用用二二氧氧化化硅硅和和金金属属氧氧化化物物的的组组合合形形式式表表示其示其组组成。成。例例如如：Na2SiO3：Na2OSiO2；红红柱柱石石：Al2SiO5 Al2O3SiO2。4.最常最常见见的硅酸的硅酸盐盐Na2SiO35.常常见见的硅酸的硅酸盐产盐产品品产品品原料原料主要主要设备主要成分主要成分水水泥泥石灰石灰石、黏土石、黏土水泥回水泥回转窑窑硅酸二硅酸二钙2CaOSiO2硅酸三硅酸三钙3CaOSiO2铝酸三酸三钙3CaOAl2O3玻玻璃璃纯碱、石碱、石灰石和石灰石和石英英_Na2OCaO6SiO2陶陶瓷瓷黏土黏土玻璃窑玻璃窑6.其他含硅的物其他含硅的物质质想一想想一想2.二氧化硅能溶于水生成硅酸吗？若不能，二氧化硅能溶于水生成硅酸吗？若不能，如何用二氧化硅制取硅酸？如何用二氧化硅制取硅酸？提示：二氧化硅不溶于水，也不与水反应，提示：二氧化硅不溶于水，也不与水反应，应使二氧化硅先与氢氧化钠溶液反应生成硅应使二氧化硅先与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠，然后再通入二氧化碳气体，即可生成酸钠，然后再通入二氧化碳气体，即可生成硅酸沉淀。硅酸沉淀。五、硅五、硅单质1.种种类及及结构构单质硅硅分分为晶晶体体硅硅和和_两两类，晶晶体硅的体硅的结构与构与_类似。似。2.性性质(1)物理性物理性质无定形硅无定形硅金金刚石石色、色、态光光泽 熔点熔点 硬度硬度质地地导电性性灰黑色固灰黑色固体体金属金属光光泽高高大大脆脆半半导体体(2)化化学学性性质质：在在常常温温下下化化学学性性质质不不活活泼泼，但但能与能与_、_发发生反生反应应。3.用途用途(1)半半导导体材料，如硅芯片等。体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光新型能源，如光电电池等。池等。氢氟酸氟酸强强碱碱自主体验自主体验1.下列叙述中，正确的选项是下列叙述中，正确的选项是()A自然界中存在大量的单质硅自然界中存在大量的单质硅B石英、水晶、硅石的主要成分都石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅是二氧化硅C二氧化硅的化学性质活泼，能跟二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱的溶液发生化学反应酸或碱的溶液发生化学反应D自然界中硅元素都存在于石英中自然界中硅元素都存在于石英中解解析析：选B。自自然然界界中中硅硅的的含含量量很很高高，但但都都是是以以化化合合态存存在在，A选项错误；硅硅是是亲氧氧元元素素，主主要要以以氧氧化化物物及及硅硅酸酸盐形形式式存存在在，D项错误。二二氧氧化化硅硅的的化化学学性性质很很稳定定，C项错误。2.(2019河河南南焦焦作作高高一一期期末末)硅硅的的氧氧化化物物及及硅硅酸酸盐盐构构成成了了地地壳壳中中大大部部分分的的岩岩石石、沙沙子子和和土土壤壤，在在无无机机非非金金属属材材料料中中，硅硅一一直直扮扮演演着着主主角。下面几种物角。下面几种物质质中含有硅中含有硅单质单质的是的是()解解析析：选C。玛瑙瑙、光光导纤维、水水晶晶的的主主要要成成分分都都是是SiO2，太太阳阳能能电池池板板主主要要材材料料是是硅硅单质。解解析析：选D。由由于于H2SiO3的的酸酸性性比比碳碳酸酸要要弱弱，故故将将水水玻玻璃璃露露置置在在空空气气中中时，会会发生生以以下下反反应而而变质：Na2SiO3 CO2 H2O=Na2CO3 H2SiO3。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1 为什么为什么CO2和和SiO2在化学性质在化学性质上具有一定的相似性而物理性质差异很大？上具有一定的相似性而物理性质差异很大？提示：因为二者结构不同，提示：因为二者结构不同，SiO2为立体网状为立体网状结构。结构。要点一要点一要点一要点一SiO2与与CO2的比的比较较探探究究导导引引2 CO2与与酸酸不不反反应应，SiO2是是否否与与酸反酸反应应？提示：提示：SiO2可与可与氢氢氟酸反氟酸反应应。要点归纳要点归纳特特别别提醒提醒(1)SiO2和和CO2都都是是酸酸性性氧氧化化物物，与与碱碱反反应应生成生成盐盐和水。和水。(2)CO2与与H2O能能反反应应，但但SiO2不不溶溶于于水水也也不不与与水水反反应应；SiO2与与氢氢氟氟酸酸能能反反应应，但但CO2不与酸反不与酸反应应。即时应用即时应用解析：解析：选C。CO2的熔沸点低，溶于水，的熔沸点低，溶于水，SiO2的熔沸点高，硬度大，不溶于水，两者的熔沸点高，硬度大，不溶于水，两者是酸性氧化物和其物理性是酸性氧化物和其物理性质没有因果关系，没有因果关系，A错；CaCO3和和SiO2反反应是是SiO2的特殊性的特殊性质,不能不能说明明H2CO3的酸性比的酸性比H2SiO3的弱的弱,B错；SiO2和和HF反反应也是也是SiO2的特殊性的特殊性质，不能，不能说明明SiO2是两性氧化物，是两性氧化物，D错。要点二要点二要点二要点二单质硅的性质与制取单质硅的性质与制取探探究究导引引3能能与与NaOH溶溶液液反反应产生生H2的的单质只有金属只有金属Al吗？提示：不是，提示：不是，还有有Si。探探究究导引引4欲欲鉴别单质硅硅和和碳碳可可选择什什么么试剂？提示：可用提示：可用NaOH溶液，能反溶液，能反应的的为硅。硅。要点归纳要点归纳特特别别提醒提醒(1)Si、SiO2都能与都能与氢氢氟酸反氟酸反应应；(2)粗粗硅硅制制备备时时，要要隔隔绝绝空空气气,在在电电炉炉中中进进行行,且生成的是且生成的是CO而不是而不是CO2。即时应用即时应用2.有关硅元素的下列叙述中正确的是有关硅元素的下列叙述中正确的是()A硅与任何酸都不反应硅与任何酸都不反应B硅元素是构成矿物岩石的主要成分之一硅元素是构成矿物岩石的主要成分之一,其化合态几乎全部是氧化物和硅酸盐其化合态几乎全部是氧化物和硅酸盐C硅的性质很稳定，能以游离态形式存在硅的性质很稳定，能以游离态形式存在于自然界中于自然界中D常温时硅不与任何物质反应常温时硅不与任何物质反应解析：解析：选B。硅是。硅是亲氧元素，在自然界中全氧元素，在自然界中全以化合以化合态形式存在，主要是氧化物和硅酸形式存在，主要是氧化物和硅酸盐的形式，的形式，B对，C错；常温；常温时,硅能与氟气、硅能与氟气、氢氟酸、氟酸、氢氧化氧化钠溶液等溶液等发生反生反应，A、D都都错。题题型型探探究究权权威威预预测测题型题型题型题型1 1 1 1SiO2的的结结构与性构与性质质例例例例1 1 1 1 (2019大大同同高高一一检检测测)下下列列关关于于二二氧氧化化硅的硅的说说法中，法中，错误错误的的选项选项是是(双双选选)()A二氧化硅也叫硅酸二氧化硅也叫硅酸酐酐B二二氧氧化化硅硅分分子子由由一一个个硅硅原原子子和和两两个个氧氧原原子构成子构成C不能用二氧化硅与水直接作用制取硅酸不能用二氧化硅与水直接作用制取硅酸D二二氧氧化化硅硅既既能能与与氢氢氟氟酸酸反反应应，又又能能与与烧烧碱反碱反应应，所以它是两性氧化物，所以它是两性氧化物【解析】【解析】【答案】【答案】BDA酸酸酐与与对应的酸中元素化合价相同，的酸中元素化合价相同，SiO2和和H2SiO3的化合价相同，所以的化合价相同，所以SiO2尽管尽管难溶于水，溶于水，但它仍是硅酸的酸但它仍是硅酸的酸酐正正确确BSiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按1 2的比例所的比例所组成的立体成的立体网状网状结构，并不存在构，并不存在SiO2分子分子错误C二氧化硅二氧化硅难溶于水，且不与水反溶于水，且不与水反应，无法直接与，无法直接与水反水反应制取硅酸制取硅酸正正确确DSiO2与与氢氟酸反氟酸反应的方程式的方程式为SiO24HF=SiF42H2O，SiF4不是不是盐，SiO2与与氢氟酸氟酸反反应只是一种特殊情况，所以不能只是一种特殊情况，所以不能说SiO2是两是两性氧化物性氧化物错误题型题型题型题型2 2 2 2硅酸的性质和制备硅酸的性质和制备例例例例2 2 2 2 下列下列说法正确的是法正确的是()【解解析析】硅硅酸酸不不溶溶于于水水，但但与与NaOH溶溶液液反反应：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，A项错误。B项中中该反反应之之所所以以能能发生生是是在在高高温温条条件件下下，CO2以以气气体体形形式式逸逸出出，使使反反应进行行得得比比较彻底底，是是利利用用SiO2、CO2沸沸点点的的不不同同，而而不不是是利利用用硅硅酸酸、碳碳酸酸酸酸性性的的强强弱弱。C项符符合合“强强酸酸制制弱弱酸酸的的一一般般规律律。SiO2不不溶溶于于水水,也不能与水反也不能与水反应，D项错误。【答案】【答案】C【名名师点点睛睛】比比较酸酸性性强强弱弱，一一般般在在水水溶溶液液体体系系中中，符符合合强强酸酸制制弱弱酸酸原原理理。高高温温下下，符合符合难挥发性酸制易性酸制易挥发性酸原理。性酸原理。题型题型题型题型3 3 3 3硅及其化合物的转化关系硅及其化合物的转化关系 A、B、C、D、E五五种种含含硅硅元元素素的的物物质质，相互，相互转转化关系如化关系如图图所示：所示：例例例例3 3 3 3(1)推推断断AE的的化化学学式式：A_，B_， C_，D_，E_。(2)写出写出BA的化学方程式的化学方程式_。 AC的的离离子子方方程程式式_。【解析】在空气中燃【解析】在空气中燃烧生成生成D，B可能可能为Si，B和和D都都能能与与NaOH溶溶液液反反应生生成成A，则A为Na2SiO3，A和和盐酸酸反反应生生成成C，C为H2SiO3，H2SiO3受受热分分解解又又生生成成SiO2，证明明B为Si，E为CaSiO3。【答答案案】 (1)Na2SiO3 Si H2SiO3SiO2CaSiO3(2)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 2H = H2SiO3【规律律方方法法】含含硅硅化化合合物物之之间的的“三三角角转化化关关系系，是是推推断断含含硅硅化化合合物物推推断断题的的重重要要突破口，其突破口，其转化关系如化关系如图。热点示例思维拓展热点示例思维拓展经经典典案案例例晶晶体体硅硅是是一一种种重重要要的的非非金金属属材材料。制料。制备纯备纯硅的主要步硅的主要步骤骤如下：如下：高温下用碳高温下用碳还还原二氧化硅制得粗硅；原二氧化硅制得粗硅； 粗硅与干燥粗硅与干燥HCl气体反气体反应应制得制得SiHCl3：Si3HCl=SiHCl3H2；SiHCl3(沸沸点点：33.0 )与与过过量量H2在在10001100 反反应应制得制得纯纯硅。硅。(已已知知SiHCl3能能与与H2O剧剧烈烈反反应应，在在空空气气中中易易自自燃燃)用用SiHCl3与与过过量量H2反反应应制制备备纯纯硅硅的的装置如装置如图图所示所示(热热源及源及夹夹持装置均已略去持装置均已略去)。根据以上信息，回答下列根据以上信息，回答下列问题：(1)请写写出出第第步步制制备粗粗硅硅，装装置置D中中发生生反反应的的化化学学方方程程式式，并并指指出出三三个个步步骤中中发生生的的反反应属于置属于置换反反应的是哪几个？的是哪几个？(2)粗粗硅硅与与HCl反反应完完全全后后，经冷冷凝凝得得到到的的SiHCl3(沸沸点点33.0 )中中含含有有少少量量SiCl4(沸沸点点57.6 )和和HCl(沸沸点点84.7 )，那那么么该如如何何提提纯SiHCl3?(3)装置装置B中的中的试剂是什么？其作用是什么？是什么？其作用是什么？【答答案案】(1)在在高高温温条条件件下下，用用C还原原SiO2生成生成CO和粗硅，化学方程式和粗硅，化学方程式为2CSiO2 2COSi；据据步步骤可可写写出出装装置置D中中发生生的的反反应为SiHCl3H2 Si3HCl，所以三个步所以三个步骤中中发生的反生的反应都属于置都属于置换反反应。(2)分分别别、提提纯纯不不同同沸沸点点的的液液体体可可以以采采用用分分馏馏或蒸或蒸馏馏。(3)用用Zn和和稀稀硫硫酸酸制制得得的的H2中中会会混混有有少少量量H2O，而而SiHCl3能能与与H2O剧剧烈烈反反应应，所所以以要要进进行行干干燥燥，根根据据装装置置应应选选择择液液态态干干燥燥剂剂浓浓硫酸。硫酸。