第四章 非金属及其化合物(共139页)
第一节 无机非金属材料的主角——硅
【本节学习要点】
1.了解硅在自然界中的存在,主要物理性质、用途
2.了解二氧化硅的存在,知道石英、水晶、硅石、玛瑙与SiO2的关系,了解SiO2的网状结构,掌握SiO2的化学性质。
3.了解硅酸的性质和制备
4.了解常见硅酸盐的性质和主要用途
与HF酸反应 4HF+SiO2SiF4↑+2H2O 不反应
与NaOH溶液 SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O CO2+NaOHNaHCO3
或CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
与盐反应 SiO2+Na2CO3高温 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2↑(制玻璃) CO2+Na2SiO3+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3
与碱性氧化物反应 CaO+SiO2高温 CaSiO3 CaO+CO2CaCO3
Na2O+CO2Na2CO3
与C反应 SiO2+2C高温=Si+2CO↑ C+CO2△
=2CO
相同点 ①都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。②都有弱氧化性
特别提醒
(1)SiO2中硅元素为+4价,是Si元素的最高价态,具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。
(2)SiO2是酸性氧化物与水不反应,只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。
(3)实验室中,盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2,与NaOH溶液反应生成Na2SiO3,Na2SiO3溶液有很强的黏合性,能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起,久之不能打开。
(4)Na2SiO3溶液易与空气中的CO2反应生成H2SiO3,故应密封保存。
(5)因HF能腐蚀玻璃,所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸,也不能用玻璃塞。氢氟酸可用于雕刻玻璃。
重难点、酸盐和硅单质
1.硅的化学性质与制备
(1)硅的化学性质
①常温下,除与F2、HF酸、强碱反应外,硅不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等其他物质反应
与F2反应:Si+2F2=SiF4
与氢氟酸反应:Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
与NaOH溶液反应:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
②加热时,Si能与O2、Cl2等反应
Si+O2=高温SiO2
Si+2Cl2=高温,SiCl4
(2)硅的制备
①制取粗硅
SiO2+2C高温,Si+2CO↑
②粗硅的提纯:SiCl2,SiCl4H2,Si+HCl
Si+2Cl2高温,SiCl4,SiCl4+2H2高温,Si+4HCl
特别提醒
C与SiO2反应,产物为CO,而不是CO2,粗硅先与Cl2反应,生成挥发性的SiCl4,挥发出来的SiCl4再与H2反应生成Si和HCl。
2.硅及其化合物的“特性”小结
(1)硅的“特性”
①非金属单质一般为非导体(石墨能导电),硅的晶体是良好的半导体材料。
②Si的还原性大于C,但C能在高温下还原出Si:SiO2(石英砂)+2C(焦炭)高温,Si(粗硅)+2CO↑。
③非金属单质跟碱作用一般无H2放出,但Si能跟强碱溶液作用放出H2:Si+2NaOH+H2O,Na2SiO3+2H2↑。
金属⺶H2+金属氧化物――→高温金属+H2O,单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能跟HF作用:Si+4HFSiF4↑+2H2↑。,(2)硅的化合物“特性”,①酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能与HF作用。,SiO2+4HFSiF4↑+2H2O,②SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。,③无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水。,④硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液,并不是碱。,⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3,所以有Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3,但高温下,Na2CO3+SiO2高温,Na2SiO3+CO2↑也能发生。,3.硅酸盐的表示方法,方法和步骤,(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,(2)在各氧化物前添上未知数x、y、z等,(3)依据原子守恒列出等式,求出x、y、z等,(4)x、y、z的具体数值写在氧化物前面,(5)氧化物之间以“•”隔开,若系数配置出现分数应化为整数。,例如:正长石KAlSi3O8不能写成12K2O•12Al2O3•3SiO2,应写成K2O•Al2O3•6SiO2。,特别提醒 ,(1)由于硅酸盐的组成与结构很复杂,为了简化对硅酸盐组成的表示方法,采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的,而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。,(2)在硅酸盐氧化物的表示式中,氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用,对其他氧化物不起作用。如2MgO•SiO2表示2个MgO和1个SiO2,不能认为是2(MgO•SiO2)。
题型1硅及其化合物的应用
【例1】 下列表述正确的是( )
① 人造刚玉熔点很高,可用作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶