1-4-1-1非金属及其化合物：无机非金属材料的主角—硅
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1-4-1-1非金属及其化合物：无机非金属材料的主角—硅
学习目标：1.SiO2的存在形态及化学性质。2.硅酸的组成和性质。3.硅酸盐的性质、用途，了解陶瓷、玻璃、水泥等几类硅酸盐产品及新型陶瓷和其它几种具有特殊功能的含硅物质。4. 硅单质的性质、用途。
硅的存在：自然界中只存在化合态；地壳中的含量仅次于氧，主要以二氧化硅(约占地壳质量的12﹪)及硅酸盐(约占地壳质量的78﹪)的形式存在，硅是构成岩石和许多矿物的基本元素。
硅的结构：硅在ⅣA族、碳的下方，原子结构示意图：C Si
它们原子的最外层均有4个电子，其原子既不易失电子也不易得到电子，一般形成四价的共价化合物。
一．二氧化硅和硅酸
1．二氧化硅（SiO2）
（1）存在：形态有结晶形和无定形两大类，石英、玛瑙、沙子的主要成分是二氧化硅。
（2）结构：SiO2有多种晶型，其基本结构单元金刚石相似，是以硅为中心的正四面体结构，不存在单个的二氧化硅分子。
（3）物理性质及用途：熔点很高、硬度很大是基本的建筑材料，不导电，难溶于水。纯净的SiO2的透明度很高是现代光学及光纤制品的基本原料，实验室中使用石英制石英坩埚，石英和玛瑙制作饰物和工艺品。
（4）化学性质很不活泼不与水、一般的酸反应
①酸性氧化物的通性：SiO2+CaO CaSiO3， SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
注：实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不能用玻璃塞（提示：玻璃中含有SiO2），因硅酸钠的水溶液是黏胶剂
②特性：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（用HF刻蚀玻璃）
2．硅酸（H 2SiO3）
（1）物理性质：溶解度很小。浓度小时形成硅酸溶胶；浓度较大时，形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶，干燥脱水形成多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，其吸附水分能力强，常用作密封食品、药品的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。
（2）化学性质：硅酸是一种很弱的酸（酸性比碳酸弱）。Na2SiO3+ CO2+ H2O= H2SiO3（胶体）+ Na2CO3
硅酸的制备：试管中加入３～５ｍｌ呈碱性的Na2SiO3饱和溶液，滴入２～３滴酚酞试液后溶液呈红色，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边震荡，至红色变浅并接近消失停止，有胶状物生成。Na2SiO3+2 HCl= H2SiO3（胶体）+2 NaCl
二．硅酸盐
1．硅酸盐概述：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的一类结构复杂的固态化合物的总称，大多数不溶于水，化学性质很稳定。
2．最常见的硅酸盐：Na2SiO3。可溶于水，水溶液呈碱性，俗称水玻璃，可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。土壤胶体颗粒表面积大，带负电，有保肥作用。
3．酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组成形式表示其组成。
例如：硅酸钠：Na2SiO3：Na2O·SiO2； 石棉：CaO·3MgO·4 SiO2； 长石KAlSi3O8：K2O·Al2O3·6SiO2。
4．三种常见的硅酸盐产品：水泥、玻璃、陶瓷是传统的、重要的无机非金属材料。
硅酸盐产品
原料 主要成分 主要设备
水泥 黏土、石灰石 3CaO·SiO2 、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3 水泥回转窑
玻璃 石英、碳酸钠、石灰石 Na2O·CaO·6SiO2 玻璃窑
陶瓷 黏土(Al2O3·2SiO2·2H2O) 硅酸盐 窑
玻璃熔炉中的化学反应：CaCO3+ SiO2 CaSiO3+ CO2↑；Na2CO3+ SiO2 Na2SiO3+ CO2↑。
5．具有特殊功能的含硅物质：①金刚砂（SiC）具有类似金刚石的结构，硬度大，用作砂纸、砂轮磨料。②硅钢（含硅4％）具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯。③硅橡胶：在高温或低温下都能保持良好的弹性，可用于制造火箭，导弹飞机的零件，绝缘材料。④人工制造的分子筛（具有均匀微孔结构的铝硅酸盐）——吸附剂和催化剂。
6．具有特殊功能的新型陶瓷：主要有高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。
三．硅单质
1．硅的晶体结构、物理性质及用途：晶体硅是有无定形硅和晶体硅两类，晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间是良好的半导体材料——计算机芯片、光电池（太阳能电池）。
2．常温下硅的化学性质不活泼。Si+2F2=SiF4，Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2↑，Si+ 4HF = SiF4↑+2H2↑，Si+O2 SiO2。
3．硅的制取：2C+ SiO2 Si（粗硅）+2 CO↑
【基础达标】
1．下列元素在自然界中没有游离态存在的是（ ）
A.碳 B.氧 C.硅 D.氮
2．构成地壳基本骨架含量最高的物质是（ ）
A.各种矿物 B.二氧化硅 C.土壤 D.硅酸盐
3．SiO2属于酸性氧化物的理由是（ ）
A.Si是非金属元素 B.SiO2对应的水化物是可溶性弱酸 C.SiO2与强碱反应生成盐和水 D.SiO2不能与酸反应
4．下列关于SiO2和CO2的说法中不正确的是（ ）
A. SiO2和CO2都可以与C反应生成CO。 B. CO2和SiO2都是酸性氧化物，它不溶于任何酸。
C.干冰为小分子故易升华，做制冷剂。 D.SiO2晶体中不存在小分子故坚硬难熔，石英沙为建筑材料。
5．下列有关Si及SiO2的用途说法不正确的是（ ）
A. 水晶透明度很高是现代光学及光导纤维制品的基本原料 B.水晶、玛瑙和石英的主要成分都是SiO2
C.含Si 4％ 的钢，可用于造变压器铁芯 D.因为Si是导体，所以可以用于制造集成电路
6．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“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)，下列关于硅酸铜钡说法不正确的是（ ）
A.用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B.性质稳定、不易脱色 C.硅酸铜钡为纯净物 D.易溶解于强酸和强碱
7．熔融烧碱应选用的器皿是（ ）
A.石英坩埚 B.玻璃坩埚 C.生铁坩埚 D.陶瓷坩埚
8．在下列溶液中通入CO2至过量，原溶液一直保持澄清的是（ ）
A.硅酸钠溶液 B.氯化钡溶液 C.石灰水 D.漂白粉溶液
9．能证明碳酸比硅酸酸性强的实验事实是（ ）
A. CO2是气体，SiO2是固体. B. 高温下能发生反应：CaCO3+ SiO2 CaSiO3+ CO2↑
C. CO2溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水 D. CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成
10．下列物质有固定熔点的是（ ）
A.玻璃 B.水泥 C.陶瓷 D.Na2O·SiO2
11．下列物质的浓溶液，能用磨口玻璃试剂瓶盛放的是（ ）
A.浓H2SO4 B.水玻璃 C.苛性钾 D.氢氟酸
12．吸入石棉纤维易患肺癌，某种石棉的化学式可表示为：Ca2MgXSiYO22(OH)2，X、Y的值分别为（ ）
A.8，3 B.5，8 C.3，8 D.5，5
13．“空对空”响尾蛇导弹头部的“红外眼睛”，能分辩出0.001℃的温差变化，它是由热敏陶瓷材料和热释电陶瓷材料做成的下列叙述中不正确的是 （ ）
A.“红外眼睛”对热非常敏感 B.“红外眼睛”的热目标是敌机发动机或尾部喷口高温区
C.“红外眼睛”的电阻值随温度明显变化 D.“红外眼睛”的工作原理与人眼相同
14．制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上制高纯硅常用以下反应实现①Si(s)＋3HCl(ｇ)======SiHCl3(ｇ)＋H2(ｇ)
② SiHCl3＋H2======Si＋3HCl对上述两个反应的下列叙述中，正确．．的是（ ）
A.反应② 不是置换反应 B.两个反应都是氧化还原反应 C.两个反应可以同时进行 D.两个反应都是复分解反应
15．下列关于硅的说法中错误的是（ ）
A.自然界硅的贮量丰富 B.自然界中存在大量的单质硅 C.高纯度的硅被用于制作计算机芯片 D.硅将是“21世纪的能源”。
16．用一种试剂证明生石灰中含有石灰石和石英，下列试剂适宜的是（ ）
A.盐酸 B.硫酸 C.NaOH溶液 D.氢氟酸
17．硅胶是网状多孔的物质，有强吸附性，可用作干燥剂、吸附剂和催化剂载体。在减压条件下将硅酸加温至300℃，使其失水即可制得硅胶。现以石英、纯碱为主要原料（其他试剂任选）制备硅胶，写出有关反应的化学方程式。
18．根据右图所示的含硅物质之间的转化关系，回答下列有关问题。
⑴写出各物质的名称：A ，B ，C ，D 。
⑵写出D→A的化学方程式:
⑶写出下列变化的离子方程式：B→C D→B
19．有碳酸钙和二氧化硅的混合物30g，在高温下使两者充分反应，放出气体，冷却后称重为21.2g，把反应生成物加适量水，搅拌，再把水蒸干，称其重量为21.8g，问：
⑴有关反应的化学方程式：
⑵生成的CO2在标况下的体积: ⑶原物质中含碳酸钙 克。 950℃ 300℃
