2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第一冊 第七章 碳族元素 無機非金屬材料 第二節(jié)硅和二氧化硅(備課資料)1.硅及其化合物的特殊性（1）硅的還原性比碳強，而碳在高溫下能從SiO2中還原出Si。（2）非金屬單質(zhì)與強堿溶液反應(yīng)一般不生成氫氣，而硅與氫氧化鈉等強堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。（3）非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅不但與氫氟酸反應(yīng)，而且有氫氣生成。（4）酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和水。（5）無機酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸卻難溶于水。（6）在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸強，二氧化碳與硅酸鈉及反應(yīng)生成碳酸鈉和硅酸沉淀。在高溫下碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，其原因是在高溫條件下，生成的二氧化碳離開反應(yīng)體系而使反應(yīng)進行到底。2.浸過硅酸鈉溶液的織物為什么不易燃燒？把織物浸過硅酸鈉溶液后，硅酸鈉粒子就沉積在纖維的外面，形成一種保護層，把易燃的碳、氫、氧組成的纖維素和空氣隔開，火焰也不能直接接觸它，用火去點時就不再燃燒。當然，這主要是由于硅酸鈉的耐熱性高的緣故。3.半導(dǎo)體材料的用途物質(zhì)的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間（電阻率在103108歐姆厘米之間）時，為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料可以制造出具有各種功能的半導(dǎo)體器件來取代真空管用來整流、檢波、放大，并有縮小電子設(shè)備體積，減輕重量、延長壽命、耐沖擊、效率高和可靠性好等優(yōu)點。用半導(dǎo)體材料制成的集成電路還可以將成千上萬個分立的晶體管、電阻、電容等電子元件融為一體，使上述優(yōu)點得到進一步發(fā)揮。廣泛應(yīng)用于通訊、電訊、電子計算機中。另外，超純硅對紅外光有很高的透過能力，可以用以制作紅外聚焦透鏡，對紅外輻射目標進行夜間跟蹤、照像、追擊。利用半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的升高或光線的照射而有顯著的增大的特性，可以做成自動控制用的熱敏元件（如熱敏電阻等）和光敏元件。半導(dǎo)體材料是制作太陽能電池的主要材料。半導(dǎo)體材料還可制成激光二極管，用于激光通訊，測距和空間導(dǎo)航等方面。4.正二價硅碳族元素除硅外，主要正價為+2、+4價，硅主要正價為+4價，那么有沒有+2價的硅呢？事實上除了SiO2外，還有SiO。SiO在自然界不存在，但能按下法制備：SiO2+Si=2SiO。SiO在1800真空中為黃褐色物質(zhì)。SiO蒸氣冷卻時分解為SiO2和Si。SiO在工業(yè)上稱為單氧硅，是絕緣材料。5.硅與電子工業(yè)革命在美國舊金山，有個最大的高科技工業(yè)園區(qū)，稱之為“硅谷”，它是現(xiàn)代電子工業(yè)和計算機發(fā)展的基地。這說明硅在電子工業(yè)革命中起著非常重要的作用。以硅為基礎(chǔ)而制成的晶體管是現(xiàn)代計算機革命的心臟。6.石英和水晶石英的主要成分是SiO2，可用來制造石英玻璃。石英晶體中有時含有其他元素的化合物，它們以溶解狀態(tài)存在于石英中，呈各種顏色。此外，由于SiO2的結(jié)構(gòu)不同也會使石英產(chǎn)生不同的顏色。純凈的SiO2晶體叫做水晶，它是六方柱狀的透明晶體，是較貴重的寶石。江蘇省東?？h素有“水晶之鄉(xiāng)”之稱。1958年該縣發(fā)現(xiàn)最大的“水晶王”，質(zhì)量達3.5 t。1983年1月又在該縣南溜村2 m深的地下挖出一塊質(zhì)量為3 t高為1.4 m的水晶，同時出土的還有一塊質(zhì)量為400 kg 的水晶體。法國科學(xué)家皮埃爾居里（Pierre Gurie）發(fā)現(xiàn)水晶在受壓時能產(chǎn)生一定的場，這種現(xiàn)象被稱為“壓電效應(yīng)”。后來這種“壓電效應(yīng)”被應(yīng)用在電子工業(yè)上。石英薄片在高頻率電場作用下，能作間歇性的伸張和收縮，其頻率和施加的電場頻率相同。石英的這種伸縮又引起了周圍介質(zhì)產(chǎn)生類似聲波。由于水晶或石英具有這種性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用在鐘表工業(yè)和超聲技術(shù)上。綜合能力訓(xùn)練題1.在地殼內(nèi)，深度每增加1千米，壓力大約增加2525030300 kPa，在這樣的壓力下，較簡單的硅酸鹽會轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的硅酸鹽。已知：鈣長石、鎂橄欖石、石榴子石的化學(xué)式分別是：CaAl2Si2O8；Mg2SiO4；CaMg2Al2Si3O12（1）用氧化物形式表示的化學(xué)式分別為：鈣長石_，鎂橄欖石_，石榴子石_。（2）寫出鈣長石與鎂橄欖石反應(yīng)轉(zhuǎn)變成石榴子石的化學(xué)方程式：_。解析：用氧化物形式表示硅酸鹽時，把金屬氧化物寫在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序?qū)懗銎溲趸铮缓髮慡iO2，最后寫H2O，且各氧化物之間要用“”隔開。據(jù)金屬活動性順序表知，Ca、Mg、Al的活潑性依次減弱。所以應(yīng)先寫鈣的氧化物，再寫鎂的氧化物，最后寫鋁的氧化物。答案：（1）CaOAl2O32SiO22MgOSiO2CaO2MgOAl2O33SiO2（2）CaAl2SiO8+Mg2SiO4=CaMg2Al2Si3O122.礦泉水一般是由巖石風化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。此處所指的風化作用是指礦物與水和CO2同時作用的過程。例如鉀長石（KAlSi3O8）風化生成高嶺土Al2Si2O5（OH）4，此反應(yīng)的離子方程式為2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O=2K+2HCO+4H4SiO4+Al2Si2O5（OH）4，這個反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是_。解析：分析反應(yīng)前后的酸的酸性強弱，正反映了由較強的酸制取較弱的酸這一普遍規(guī)律。亦即解釋復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的原因應(yīng)用的是極其簡單的化學(xué)原理。答案：碳酸的酸性比原硅酸強，由較強的酸可制得較弱的酸3.下列說法正確的是A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟強堿反應(yīng)，但不能跟任何酸反應(yīng)B.根據(jù)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2的反應(yīng)，可推知硅酸酸性比碳酸強C.二氧化碳氣體通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸D.二氧化硅對應(yīng)的水化物有不同的組成解析：二氧化硅可以跟氫氟酸反應(yīng)（SiO2+4HF=SiF4+2H2O），所以A不正確；B項反應(yīng)是在高溫條件下進行的，由于二氧化碳是氣體，生成后脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以繼續(xù)進行，但這不能說明硅酸的酸性比碳酸強。比較硅酸和碳酸的酸性強弱要比較它們在水溶液中電離出H+的難易程度。C項正確。發(fā)生的反應(yīng)為：Na2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4+Na2CO3 H4SiO4=H2O+H2SiO3D項二氧化硅對應(yīng)的水化物可以是H2SiO3或H4SiO4，正確。答案：CD4.已知高溫下能發(fā)生反應(yīng)：Si+CSiC?，F(xiàn)在石英與炭粉的混合物a mol，在高溫電爐中充分反應(yīng)，反應(yīng)完全后得殘留固體。（1）寫出可能的反應(yīng)方程式_，_。（2）若石英與混合物的物質(zhì)的量之比為x（0x1），問x為何值時，殘留固體為何種物質(zhì)？寫出殘留固體物質(zhì)的量與x值之間的關(guān)系，將結(jié)果填入下表（不一定填滿）x值殘留固體化學(xué)式物質(zhì)的量解析：據(jù)所學(xué)知識及題給信息，不難寫出可能發(fā)生反應(yīng)的方程式為SiO2+2CSi+2CO Si+CSiC針對第（2）題討論，不妨把式疊加：SiO2+3CSiC+2CO討論如下：C、SiC SiC、Si Si、SiO2x=按式進行，固體為Si， mol；x=；按式進行，固體為SiC， mol；x1;按式進行，固體為Si為 mol，SiO2為 mol;x;按式進行，固體Si為a（4x1） mol，SiC為a（13x） mol；x;按式進行，固體SiC為ax mol，C為a（14x） mol。答案：（1）SiO2+2CSi+2COSiO2+3CSiC+2CO（2）x= Si a/3x=1/4 SiC a/41x SiO2、Si ，x Si、SiC （4x1）a，（13x）ax0 C、SiC （14x）a，ax