化学·必修1
4.1---硅及其重要化合物
一、硅 silicon
1.存在：Si全部以化合形态存在于地壳中，是构成矿物和岩石的主要元素； 2.physical property：m.p.=1 414℃，b.p.=3 265℃，灰黑色鳞状金属光泽的晶体； 3.chemical property：Si+4HF=SiF4↑+2H2↑； 2NaOH+Si+2H2O=Na2SiO3+2H2↑；
Si+2F2=SiF4；Si?O2高温SiO2；Si?C高温 SiC；Si?2Cl2加热SiCl4；2Mg?Si加热Mg2Si；
?C?Cl2?H2??Si?????SiCl4????Si； 4.高纯硅的制法：SiO2??
二、二氧化硅 silicon dioxide
1.晶体结构
正四面体结构的原子晶体，每个Si原子与4个O原子以四个 共价键组成正四面体结构，每个O原子跟2个Si原子结合；
2.physical property：m.p.=1700℃，b.p.=2950℃；硬度为7，天然六方柱状石英晶体俗称水晶； 3.chemical property
①酸酐：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(反应慢)；SiO2?CaO加热CaSiO3； ②与盐反应：SiO2?CaCO3高温CaSiO3?CO2?； ③与HF：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O；
④弱的氧化性：SiO2+2C高温Si+2CO?(制粗硅)； 4.用途：光纤、光学仪器、饰品、工艺品等；
三、硅酸 silicic acid
H2SiO3、H4SiO4均为不溶性弱酸，酸性比H2CO3弱；
浓度增大浓度增大干燥脱水 H2SiO(aq)??????硅酸溶胶??????硅酸凝胶??????硅酸干凝胶(硅胶) 3 原硅酸H4SiO4很不稳定，H4SiO4失去一部分水形成H2SiO3：H4SiO4=H2SiO3+H2O； ※制法：Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓；
※硅胶用途：多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，
也用作催化剂的载体；
【原酸：酸基或酸中成酸元素全以羟基结合的各种无机(有机)酸，如H4SiO4(原硅酸)、 H4CO4(原碳酸)、H5PO5(原磷酸)等】
四、硅酸盐 silicate
由H2SiO3、H4SiO4以及他们脱水形成的酸对应的盐； 1.表示方法：金属氧化物·xSiO2·yH2O；
硅酸钠---Na2SiO3→Na2O·SiO2； 长石---2KAlSi3O8→K2O·Al2O3·6SiO2； 粘土---Al2[Si2O5(OH)4]→Al2O3·2SiO2·2H2O； 石棉---CaMg3[Si4O12]→CaO·3MgO·4SiO2；
普通玻璃的大致组成---CaNa2Si6O14→Na2O·CaO·6SiO2； 水泥的主要成分：3CaO·SiO2[Ca3SiO5]，2CaO·SiO2[Ca2SiO4]，3CaO·Al2O3；
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2.溶解性：绝大多数硅酸盐难溶于水，其中Na2SiO3是重要的可溶性硅酸盐，其水溶液俗称
为水玻璃(water glass)或泡花碱(sodium silicate)；
五、Si的特性
1.Si的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出Si；SiO2+2C高温Si+2CO?； 2.非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而Si不但能与HF反应，而且还生成H2； Si+4HF=SiF4↑+2H2↑；
3.非金属单质与强碱溶液反应一般不生成H2，而Si可以；Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑； 4.虽然SiO2是H2SiO3的酸酐，但却不能用SiO2与H2O反应制备，而是： Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3↓；(强酸制弱酸)
5.酸性氧化物一般不与酸反应(除氧化还原反应)，而SiO2可与HF反应； 6.非金属氧化物一般是分子晶体，而SiO2却是原子晶体； 7.无机酸一般易溶于水，而H2SiO3 & H4SiO4却不溶于水； 8.硅的“亲氟性”；
六、硅酸盐工业&无机非金属材料： 1.材料分类
①无机金属材料：Al、Fe、Cu、合金等；
②有机高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维、蛋白质、纤维素、淀粉等； ③无机非金属材料：
※传统无机非金属材料：硅酸盐材料等；
※新型无机非金属材料：半导体材料、耐高温超硬度材料、发光材料等； 2.常见硅酸盐材料比较 分类 水泥 玻璃 陶瓷 原料 粘土、石灰石、石膏 纯碱、石灰石、石英 粘土 设备 水泥回转窑 玻璃熔炉 烧结窑 条件 高温 高温 高温 特性 水硬性 无固定熔点、透明、绝缘、易成型 抗氧化、耐高温、绝缘 3CaO·SiO2、 Na2O·CaO·6SiO2、 成分 SiO2、Al2O3 3CaO·Al2O3 Na2SiO3、SiO2、CaSiO3 Na2CO3+SiO2=CO2↑+Na2SiO3 反应 复杂的物理化学变化 复杂的物理化学变化 CaCO3+SiO2=CO2↑+CaSiO3 3.新型无机非金属材料：SiC、分子筛、高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等； ①传统无机非金属材料：主要是指硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等，其优点是有抗腐
蚀性，耐高温等，但也有质脆、经不起热冲击等弱点；
②新型无机非金属材料：除继承传统无机非金属材料的许多优点，还克服了其他的弱点，
并且还具有如下特性：
※耐高温，强度高； ※具有电学特性； ※具有光学特性； ※具有生物功能.
【强度(strength)：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力】
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练习4.1---硅及其重要化合物A
01.石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如图所示)，可由石墨剥离而 成，具有极好的应用前景；下列说法正确的是( ) A.石墨烯与石墨互为同位素； B.0.12 g石墨烯中含6.02×1022个碳原子； C.石墨烯是一种有机物；
D.石墨烯中碳原子间以共价键结合；
02.①水泥路；②门窗玻璃；③水晶镜片；④石英钟表；⑤玛瑙手镯；⑥硅太阳能电池； ⑦光导纤维；⑧计算机芯片；所用材料为SiO2或要用到SiO2的是( )
A.⑥⑧； B.①②⑦⑧； C.①②③④⑤⑦； D.全部； 03.对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是( )
A.SiO2和CO2中，Si和O，C和O之间都是共价键；
B.C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8；
C.CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应； D.该族元素的主要化合价是+4和+2；
04.汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载；20世纪80年代科学家进行 超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为+2价)，下 列有关“汉紫”的说法中不正确是( ) A.用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3； B.用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2； C.易溶于强酸、强碱； D.性质稳定，不易褪色； 05.材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( ) 选项 材 料 主要化学成分 选项 材 料 主要化学成分 A 刚玉、金刚石 C 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐 三氧化二铝 B 大理石、石灰石 碳酸钙 D 沙子、石英 二氧化硅 06.不能说明碳元素的非金属性比硅元素强的是( ) A.甲烷比硅化氢稳定； B.硅酸钠溶液的碱性比碳酸钠溶液的碱性强； C.碳酸与硅酸钠溶液反应生成原硅酸； D.高温下SiO2和Na2CO3反应；
07.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A~D选项中选择正确答案填入括号内； ①SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O( )； ②SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑( )； ③SiO2+2C高温Si+2CO↑( )； ④SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O( )；
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀； B.弱氧化性； C.酸性氧化物的通性； D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来； 08.下列离子方程式不正确的是( )
A.石英与烧碱溶液反应：SiO2+2OH—=SiO32—+H2O；
——
B.硅与烧碱溶液反应：Si+2OH+H2O=SiO32+2H2↑；
C.向小苏打溶液中加入过量的石灰水：2HCO3—+Ca2++2OH—=CaCO3↓+2H2O+CO32—； D.往水玻璃中加入盐酸：2H++SiO32—=H2SiO3↓；
09.用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( ) 选项 操作及现象 溶 液 A 通入CO2，溶液变浑浊；再升温至65℃以上，溶液变澄清 C6H5ONa溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊；继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊；再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液 通入CO2，溶液变浑浊；继续通CO2至过量，浑浊消失；D Ca(OH)2溶液 再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 - 3 -
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10.已知A、B、C三种元素均为短周期元素，它们的原子序数关系为C>B>A；A元素原子的 最外层电子数是次外层电子数的2倍，B和C可形成BC4型化合物；用化学符号填空： (1)三种元素中A是__________，B是_________，C是_________；
(2)A、B、C的最高价氧化物对应的水化物分别是__________、__________、__________， 在这些水化物中，酸性最弱的是________；BC4的电子式是_________________； (3)用离子方程式表示出用B的氧化物制得B的氧化物对应水化物的原理
_______________________________；____________________________________________； 11.下列物质之间有以下转化关系，而且各单质和化合物组成的元素皆为短周期元素；
根据上述关系判断：
(1)单质A只可能是________；
(2)单质B是金属还是非金属？________；
(3)写出各化合物的化学式：甲________；乙________；丙________；丁________； 12.晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： ①高温下用碳还原CO2制得粗硅；
②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si?3HCl 300℃ SiHCl3?H2；
③SiHCl3与过量的H2在1 000℃~1 100℃反应制得纯硅； 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃； 请回答下列问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为_________________________________________； (2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃) 和HCl(沸点-84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为_______________________________； (3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是________；装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________________； ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________，装置D不能采用普通玻 璃管的原因是______________________________，装置D中发生反应的化学方程式为 ___________________________________________；
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检验实验装置的气密性，控制好反应温度以 及_______________________________________________；
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试 剂(填写字母代号)是( ) a.碘水； b.氯水；
c.NaOH溶液； d.KSCN溶液； e.Na2SO3溶液.
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练习4.1---硅及其重要化合物B
01.下列说法摘自一些科普杂志或广告用语，你认为没有科学性错误的是( )
A.化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐； B.夏天到了，游客佩带由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛； C.人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅； D.建造三峡大坝使用了大量水泥，水泥是一种传统的硅酸盐材料；
02.据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧 化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土. 下列关于二氧化硅的说法中，正确的是( )
A.二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物； B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液可以得到硅酸；
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强； D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸；
03.《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，近年来科学家进行超导材料研究时，偶 然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式：BaCuSi2Ox，Cu为+2价)，下列有关硅酸铜钡的说 法中不正确的是( )
A.用盐的形式表示：BaSiO3·CuSiO3； CuO·2SiO2； B.用氧化物形式表示：BaO· C.易溶于强酸，强碱； D.性质稳定，不易褪色；
04.青石棉(crocidolite)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；
05.有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过 程中具有重要的作用.下列关于硅的说法不正确的是( )
A.高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片； B.硅可由二氧化硅还原制得； C.常温时硅与水，空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应； D.自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅； 06.下列说法正确的是( )
A.在粗硅制取中发生SiO2+2C高温Si+2CO↑，硅被还原，所以碳还原性大于硅的还原性； B.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中； C.用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2； D.由SiO2+CaCO3高温CaSiO3+2CO2↑可知硅酸的酸性大于碳酸；
07.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；
08.对于化学方程式SiO2+3C高温SiC+2CO↑，有关叙述正确的是( )
A.反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂； B.硅元素被还原了，碳元素被氧化了；
C.反应中C既是氧化剂又是还原剂； D.反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1:1；
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