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硅及其化合物
主干知识梳理
一、 硅
1、物理性质: 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。晶体硅的熔沸点很高，硬度也很大。是良好的半导体材料。
2、化学性质:　硅的还原性：
与氟气反应:
与氢氟酸反应:
与强碱溶液反应:
与氯气反应加热_:
与氧气反应加热:
2 、 制 法：
高温 SiO2+2C===Si+2CO↑ (含杂质的粗硅）
高温 Si+2Cl2==SiCl4
高温 SiCl4 +2H2==Si+4HCl↑ 这样就可得到纯度较高的多 晶硅。

Si与C的比较

有机世界的主角——碳
无机世界的主角——硅

存在

原子
结构
+6
4
2

+14
8
2
4

晶体
结构
碳的单质有金刚石、石墨、和，其结构各不相同
结构与金刚石类似
物理
性质
金刚石的熔点、沸点高，坚硬，不溶于水，是绝缘体，石墨是电的良导体。（熔点 金刚石 ＞硅）
晶体硅：金属光泽，灰黑色固体，熔点和沸点高，其导电性介于导体体之间和非导体之间，是良好的半导体。
化学
性质

二、二氧化硅
1物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。纯净的SiO2晶体无色透明的固体。
2化学性质：
①酸性氧化物
a、在常温下与强碱反应，生成盐和水。例如：
b、在高温下与碱性氧化物反应生成盐。例如：
②弱氧化性：高温下被焦炭还原

③特殊反应：
a、与HF反应 ：
氢氟酸是唯一可以与的SiO2反应的酸。
b、与Na2CO3 和CaCO3反应：

SiO2与CO2的比较

二氧化碳
二氧化硅
类别
酸性氧化物
酸性氧化物
存在
空气
存在于岩石、沙子、硅石、石英、水晶、硅藻土中
化学式的意义
可表示CO2分子的组成
不能表示SiO2的分子组成，仅表示SiO2中硅原子和氧原子个数之比为1：2
物理性质
气体，熔、沸点低，可溶于水，比空气重，不支持燃烧，不支持呼吸
坚硬，不溶于水，熔、沸点高
与水反应

不反应
与酸反应
不反应
除HF外不反应
4HF+ SiO2= SiF4↑+2H2O
与盐反应

与碱反应

与CaO反应

转化

用途
饮料、制碱，做干粉灭火器
光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表部件、电子元件等
三、硅酸
1、物理性质：白色晶体，不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。
2、化学性质：酸性小于碳酸。
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3 ↓
H2SiO3 H2O +SiO2
四、硅酸盐
1、定义：由硅、氧和金属组成化合物的总称。
2、硅酸盐组成的表示方法
j盐化学式法　　如：硅酸钠Na2SiO3、硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。
k氧化法
(1)金属元素氧化物写在前，再写二氧化硅，最后写水。
(2)氧化物之间用“·”隔开。
高岭石Al2O3•2SiO2·2H2O 石棉CaO•3MgO•4SiO2

1．(2010年台州高一检测)下列说法错误的是(　　)
A．硅是制造太阳能电池的常用材料
B．二氧化硅是制造光导纤维的材料
C．常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等起反应
D．水玻璃可用作木材防火剂
解析：选C。C项，常温下硅不与Cl2、强酸等起反应。
2．(2010年厦门模拟)有科学家认为：硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”，下列有关硅可能成为新型能源的叙述中不正确的是(　　)
A．自然界存在大量硅单质
B．自然界的硅易开采，且可再生
C．硅燃料便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是优质燃料
D．硅燃料燃烧放出的热量多，其燃烧产物对环境的污染容易有效地控制
解析：选A。A项，硅在自然界中主要以二氧化硅、硅酸盐的形式存在，不存在大量硅单质。
3．(2010年莆田高一检测)下列不能用带玻璃塞的试剂瓶保存的溶液是(　　)
A．硫酸钠溶液　　　　　B．烧碱溶液
C．硝酸溶液 D．浓硫酸
解析：选B。玻璃中含有SiO2，可与强碱反应生成Na2SiO3，有粘性，可将瓶和塞子粘在一起。
4．(2010年曲师大附中高一检测)如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案，则该刻蚀过程中发生的主要化学反应为(　　)

A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
B．NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑
C．Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
D．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
解析：选D。SiO2与氢氟酸非常容易反应，故D正确。
5．素有“水晶之乡”美称的江苏东海县盛产水晶，现存于国家地质博物馆的水晶大王就出自东海县。水晶是较纯净的透明的石英晶体，石英的主要成分是SiO2。下列有关石英的叙述正确的是(　　)
A．石英都是无色透明的晶体，可以作装饰品，也可以制作光学仪器
B．石英可以用来生产玻璃
C．石英晶体可以制取金刚砂
D．石英不可以用来制取高纯硅，可以制光导纤维
解析：选BC。纯净的SiO2晶体水晶是无色的，而其他的石英晶体具有不同的颜色，如玛瑙。生产玻璃的原料是石英、纯碱与石灰石。金刚砂是SiC，可以用SiO2与过量C反应制得。石英是光导纤维的材料，可以通过石英与碳得到单质Si，然后再与Cl2反应生成SiCl4，SiCl4与H2反应得到纯净的Si。
6．下表中括号内物质是杂质，试将除杂试剂及分离方法填入表内：

混合物
SiO2
(CaCO3)
CO2、
(SO2)
NaHCO3
(Na2SiO3)
SiO2
(NaCl)
除杂
试剂

除杂
方法

解析：SiO2(CaCO3)：可利用SiO2不溶于盐酸而CaCO3溶于盐酸除去CaCO3；
CO2(SO2)：可通入饱和NaHCO3溶液；
NaHCO3(Na2SiO3)：通入足量CO2气体；
SiO2(NaCl)：溶于水，过滤。
答案：
混合物
SiO2
(CaCO3)
CO2
(SO2)
NaHCO3
(Na2SiO3)
SiO2
(NaCl)
除杂
试剂
盐酸
饱和
NaHCO3
溶液
通入足
量CO2
水
除杂
方法
过滤
洗气
过滤
过滤

1．下列关于硅酸的叙述，错误的是(　　)
A．硅酸是一种很弱的酸
B．硅酸可由二氧化硅与水反应制得
C．硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅
D．硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得
解析：选B。二氧化硅对应的酸虽然是硅酸，但是由于二氧化硅不溶于水也不与水反应，所以B项错误。
2．能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是(　　)
A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水直接反应生成硅酸
B．在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
C．SiO2熔点比CO2高
D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶
解析：选D。B项是在固体反应中难挥发性(高沸点)物质制取易挥发性(低沸点)物质，它是利用两者共熔时生成易挥发的CO2使反应发生；D项是较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应生成较强酸的盐和较弱酸的复分解反应，这是该类复分解反应发生的条件之一；A项是二者的水溶性，不能证明碳酸的酸性比硅酸强，C项是二者的熔点，也不能证明碳酸的酸性比硅酸强。
3．(2010年临沂高一检测)在一定条件下，既能跟二氧化碳反应，又能跟二氧化硅反应的是(　　)
A．Na2CO3溶液 B．浓H2SO4
C．NaOH溶液 D．木炭
解析：选CD。因CO2及SiO2均为酸性氧化物，故都可与强碱反应生成相应的盐。如SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O。这两种氧化物也均可与木炭发生反应：C＋CO22CO；2C＋SiO2Si＋2CO↑。
4．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是(　　)
A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出
B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成
D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解
解析：选D。SiO2不溶于除氢氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸且CaCO3溶于盐酸有气泡生成，SiO2可以溶于NaOH溶液。
5．10 g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO2 0.1 mol，则此样品中可能含有的杂质是(　　)
A．KHCO3和MgCO3 B．MgCO3和SiO2
C．K2CO3和SiO2 D．无法确定
解析：选B。10 g CaCO3刚好相当于0.1 mol，完全反应时恰好可放出0.1 mol的CO2。若其中含有杂质，则应是一个产生CO2的能力强的(等质量的情况产生比CaCO3更多的气体)和另一个产生CO2的能力不如CaCO3或干脆不产生CO2的物质组成的混合物，符合该条件的只有B项。
6．将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③NaAlO2溶液；④饱和Na2CO3溶液；⑤Ca(OH)2。最终溶液中有白色沉淀析出的是(　　)
A．①②③④⑤ B．②③④
C．②④⑤ D．①②④
解析：选B。CO2溶于水：CO2＋H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸、铝酸(即氢氧化铝)强。根据溶液中酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(弱酸不能制强酸)；过量CO2通入Na2SiO3、NaAlO2溶液有白色沉淀H2SiO3、Al(OH)3产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出；过量的CO2通入Ca(OH)2溶液中最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀析出：Ca(OH)2＋2CO2===Ca(HCO3)2。
7．下列关于硅和硅的化合物的叙述，不正确的是(　　)
①二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构　②硅是地壳中含量最多的非金属元素　③晶体硅是良好的半导体材料　④二氧化硅是制造光导纤维的重要原料　⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的　⑥SiO2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸
A．①②⑥ B．①⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．②⑤⑥
解析：选D。地壳中含量最多的非金属元素为氧，SiO2只是晶体二氧化硅的表示式，表示晶体中硅原子与氧原子个数比为1∶2，SiO2不溶于水。
8．据报导我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．它耐高温抗氧化
B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆
C．它没有固定熔点
D．它是一种新型无机非金属材料
解析：选B。航空材料的特点是轻质、高强、高可靠性。故A正确、B错；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料，C、D正确。
9．根据不同部位的工作条件，航天飞机使用下述几种防热材料：①头锥和机翼前缘受气体摩擦最大，使用表面涂硅的碳碳复合材料。②机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。③机身侧面和机翼上表面使用高温陶瓷瓦。④货舱门、尾段机身等采用聚芳酰胺纤维材料制造的毡瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中不正确的是(　　)
A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是高温结构材料
C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷柴油机的受热面
D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差
解析：选D。本题考查常见的新型无机非金属材料及其性质的知识。氧化铝陶瓷是一种高温结构陶瓷，俗称人造刚玉；新型无机非金属材料具有耐高温、强度大、抗氧化等优良性能。
10．下列反应的离子方程式不正确的是(　　)
A．大理石与醋酸反应：CaCO3＋2CH3COOH===Ca2＋＋2CH3COO－＋CO2↑＋H2O
B．水玻璃与盐酸反应：SiO32－＋2H＋===H2SiO3↓
C．水玻璃与醋酸反应：SiO32－＋2H＋===H2SiO3↓
D．硅石与烧碱溶液反应：SiO2＋2OH－===SiO32－＋H2O
解析：选C。CaCO3、H2SiO3都难溶于水，硅石即SiO2，它也难溶于水，Na2SiO3、Ca(CH3COO)2都易溶于水，易电离。CH3COOH易溶于水但难电离。写离子方程式时，易溶于水且易电离的物质用有关的离子符号表示，其他的物质一概用化学式表示。
11．(2010年苏州高一检测)A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。

请填空：
(1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________。
(2)B的化学式(分子式)为_______________________________，
B和碳反应生成A和E的化学方程式为_____________________
___________________________________________________。
(3)C的化学式(分子式)为________，D的化学式(分子式)为________。
解析：“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似”是做此题的关键。由此可以得出A为Si，B为SiO2；SiO2在高温的条件下与氧化钙反应得到的是C，即硅酸钙；SiO2与氢氧化钠溶液反应得到D，是硅酸钠溶液。从框图中可以得出E应是CO。

(2)SiO2　SiO2＋2CSi＋2CO↑
(3)CaSiO3　Na2SiO3
12．有三种透明、不溶于水的坚硬固体，A固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体的密度为氧气密度的1.375倍。B固体可溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量酸时，析出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热后得到C，C在高温时软化，无固定熔点。
(1)A为________，有关反应的化学方程式__________________；
(2)B为________，有关反应的化学方程式___________________；
(3)C为________。
解析：解答本题应从A的燃烧产物入手，该气体的相对分子质量为：32×1.375＝44。该气体无色，且能使澄清石灰水变浑浊，应为二氧化碳。因为A为透明、不溶于水、坚硬的固体，由此推断A为金刚石。B同样为透明、不溶于水的坚硬固体，但可溶于热的苛性钠溶液，所得溶液中加入过量的酸时可析出白色固体，最终得到一种比碳酸还弱的酸，因此B为石英。C物质由石灰石、纯碱和B物质(石英)混合加热反应而制得的，在高温时软化，无固定熔点，这符合玻璃的性质特点，故C为玻璃。
答案：(1)金刚石　C＋O2CO2
(2)石英　SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(3)普通玻璃
13．有一碳酸钙样品中含有二氧化硅，为测定碳酸钙的质量分数，某化学活动小组设计了多种实验方案。
方案1　称取样品m g，加入过量盐酸，用排水法收集并测定CO2的体积。
方案2　称取样品m g，加入过量c mol·L－1的盐酸V mL溶解样品(设溶解后溶液的体积仍为V mL)，取溶解样品后的溶液0.1V mL，加入V1 mL c1 mol·L－1 NaOH溶液时恰好完全反应。
方案3　称取样品m g，加入足量盐酸使样品溶解，过滤，在滤液中加入过量的碳酸钠溶液，再过滤，将沉淀洗涤、干燥，称得碳酸钙的质量为m1 g。
(1)请你再提出一种方案__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用方案2的实验数据，计算碳酸钙的质量分数________。
(3)实验中发现，依方案1、3所测定的碳酸钙含量不准确，其中方案1收集和测定二氧化碳的体积应改为排__________溶液，方案3中导致测定结果__________(填“偏高”或“偏低”)，原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)方案1、2、3都是通过测定CaCO3的质量来测定样品中CaCO3的质量分数，因此可考虑通过测出样品中SiO2的质量来测定样品中CaCO3的质量分数。
(2)由HCl～NaOH，与碳酸钙反应的HCl的物质的量为c mol·L－1×0.001V L－c1 mol·L－1×0.001V1 L×10＝0.001(cV－10c1V1)mol，由CaCO3～2HCl得碳酸钙的质量分数为：×100%＝%。
(3)采用排饱和NaHCO3溶液的方法测定CO2的体积，可减少CO2在水中的溶解；方案3在实际操作时，不可能将滤纸上的固体沉淀全部转移出来进行称量，因此称得CaCO3的质量比真实值偏低。
答案：(1)称取样品m g，加入足量的盐酸使样品中的碳酸钙完全溶解、过滤，将沉淀洗涤、干燥、称量，得杂质的质量为m1 g
(2)%
(3)饱和NaHCO3　偏低　实际操作中不可能将滤纸上黏附的固体沉淀物全部转移出来进行称量
14．把26 g含有SiO2的CaCO3固体高温灼烧至质量不再改变为止，冷却后称重为17.2 g。求：
(1)生成的气体在标准状况下为多少升？
(2)原物质中含SiO2多少克？
解析：方法一：SiO2跟CaCO3在高温下反应生成CaSiO3和CO2，若CaCO3过量还会再分解，发生的反应为SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，CaCO3CaO＋CO2↑。
将CaSiO3写成氧化物形式为CaO·SiO2，可见，固体质量变化情况为：
SiO2→SiO2　CaCO3→CaO
则
解得
V(CO2)＝n(CaCO3)×22.4 L·mol－1
＝×22.4 L·mol－1＝4.48 L。
方法二：由方法一分析可知，固体减少的质量即为生成的CO2的质量，所以：
V(CO2)＝×22.4 L·mol－1＝4.48 L，
n(CaCO3)＝n(CO2)＝＝0.2 mol，
m(CaCO3)＝0.2 mol×100 g·mol－1＝20 g，
m(SiO2)＝26 g－20 g＝6 g。
答案：(1)4.48 L　(2)6 g

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