第四章第一节 无机非金属材料的主角——硅
一、二氧化硅 1．硅元素的存在
2．二氧化硅
(1)存在:存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石，石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是二氧化硅。
(2)结构：SiO2晶体是立体空间网状结构，每个Si周围结合4个O，每个O周围结合2个Si，Si∶O＝1∶2。
(3)物理性质:熔点高、硬度大、不溶于水。 (4)化学性质
SiO2与CO2的比较 CO2 SiO2 构成 物理性质 与碱 CO2分子 气体，熔、沸点低，溶于水 硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体，无SiO2分子 固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 不反应 高温2C＋SiO2=====Si＋2CO↑ SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O 高温SiO2＋CaO===== CaSiO3 高温SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑ 高温SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑ 2NaOH＋CO2(少量)===Na2CO3＋H2O NaOH＋CO2(足量)===NaHCO3 高温C＋CO2=====2CO 不反应 CO2＋CaO=== CaCO3 与水 CO2＋H2O===H2CO3 化 学 性 质 与碳 与氢氟酸 与氧化钙 与盐 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2 (5)用途
①沙子是基本的建筑材料
②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。 ③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 ④实验中使用石英坩埚。 点拨：
①虽然SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。
②实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，原因是玻璃中含有SiO2，能与碱
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起反应，容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。
③氢氟酸能腐蚀玻璃，故不能用玻璃瓶盛放氢氟酸，而要用塑料瓶。 二、硅酸、硅酸盐 1．硅酸 (1)物理性质
颜色：白色；状态：胶状；溶解性：难溶于水。 (2)化学性质 ①弱酸性
向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓；结论为：酸性H2CO3>H2SiO3。
②不稳定性。
△
H2SiO3不稳定，受热易分解，化学方程式为：H2SiO3=====H2O＋SiO2。 (3)制备 实验操作 滴加酚酞后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有白色胶状沉实验现象 淀生成 Na2SiO3溶液呈碱性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式为： 结论 Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ (4)存在及用途 浓度小形成硅酸溶胶，浓度大形成硅酸凝胶，其中，硅酸凝胶干燥脱水得到硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有强的吸水性，常用作干燥剂或催化剂的载体。
提示： 硅酸是常见酸中唯一不溶于水的酸，且不能由其对应酸酐——SiO2和水反应制得。 2．硅酸盐
(1)概念：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 (2)组成的表示
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：硅酸钠：Na2O·SiO2，长石：K2O·Al2O3·6SiO2。
(3)最简单的硅酸盐——Na2SiO3
①Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 ②与酸反应
向硅酸钠的水溶液中滴加盐酸，反应的离子方程式为：
－＋
SiO23＋2H===H2SiO3↓。 点拨:
①因为SiO2不溶于水，因此不能用SiO2与水反应制备硅酸。
②制备硅酸的原理是：“强酸制弱酸”这一原理可用来设计酸性强弱比较的实验，例如证明酸性：盐酸>碳酸>硅酸。
三、硅单质 1．种类及结构
单质硅分为晶体硅和无定形硅两类，晶体硅的结构与金刚石类似。
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2．性质 (1)物理性质 色、态 光泽 熔点 硬度 质地 导电性 灰黑色固体 金属光泽 高 大 脆 良好半导体 (2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与氢氟酸、强碱发生反应。 常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。 2F2＋Si===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 粗硅的制取。
高温
2C＋SiO2===== 2CO↑＋Si(粗硅)(注意：生成的是CO而不是CO2) 纯硅的制取。
△Si(粗硅)＋2Cl2===== SiCl4 高温SiCl4＋2H2===== Si(纯硅)＋4HCl 3．用途
(1)半导体材料，如硅芯片等。 (2)新型能源，如光电池等。 点拨:
①硅与碳相似，常温下化学性质都不活泼。
②虽然碳比硅活泼，但由于硅是亲氧元素，所以碳在自然界中有单质，而硅只能以化合态存在。
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