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第三单元 含硅矿物与信息材料

浙江考试标必考要加试要知识条目 准 求 求 (1)硅在自然界的存在形式 a a (2)硅及其化合物(以SiO2和Na2SiO3为例)a b 的重要性质 (3)工业制备高纯硅的方法 a b (4)三大硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻璃 a a (5)硅、二氧化硅在信息技术、材料科学a a 等领域中的应用 (6)光导纤维的组成和作用 a

考点1| 硅和二氧化硅的性质及应用

[基础知识自查]

1．硅的存在形态、物理性质

(1)硅在自然界只有化合态，含量占第2位。

(2)硅是灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大，有脆性。 2．硅的化学性质(写出化学方程式)

?△

O2：Si＋O2=====SiO2

(1)与非金属单质?

?F2

：Si＋2F2

===SiF

4

??△

Cl2

：Si＋2Cl2

=====SiCl

4

(2)与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑(特性)；

(3)与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(特性)。 3．工业上提纯粗硅的方法为(写出化学方程式) △△

Si＋2Cl2=====SiCl4，SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl。 4．二氧化硅的性质 (1)物理性质

常温下为固体，不溶于水，硬度大，熔沸点高。 (2)化学性质

1

[核心要点提升]

1．SiO2与CO2的性质比较

物质 SiO2 CO2 物理性质 硬度大，熔沸点高，常温熔沸点低，常温下为气下为固体，不溶于水 体，能溶于水 与水 不反应 CO2＋H2OH2CO3 化学 反应 性质 与酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋不反应 反应 2H2O SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋CO2＋2NaOH===Na2CO3＋与碱 H2O H2O 反应 盛碱液的试剂瓶用橡胶或CO2＋NaOH===NaHCO3 塞 工业制玻璃： 高温Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=== SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3与盐 CaCO3↓＋2HClO ＋CO2↑、 反应 CO2＋Na2CO3＋H2O=== 高温SiO2＋CaCO3=====CaSiO32NaHCO3 ＋CO2↑ 与碱性 高温氧化物 SiONa2O=== 2＋CaO===== CO2＋反应 CaSiONa2CO3 3 与碳 高温高温反应 2C＋SiO2=====Si＋2CO↑ CO2＋C=====2CO 2.硅及其化合物的特殊性质 (1)硅单质的特殊性

2

高温

①Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑； ②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；

③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ④非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。 (2)SiO2的特性及原理

①一般情况下，碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以：a：不能用玻璃容器盛放氢氟酸，b：用氢氟酸刻蚀玻璃。

②一般情况下，酸性氧化物与水反应能生成相应的酸，如CO2＋H2

不溶于水，不与水反应。

③一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：

高温

Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑(原理是：难挥发性物质制备挥发性物质)。

3．两种制取高纯硅的方法 Ⅰ：四氯化硅还原法 (1)工艺流程

①焦炭②Cl2③H2

石英砂――→粗硅――→SiCl4――→高纯硅 高温加热高温(2)反应原理

高温

SiO2＋2C =====Si＋2CO↑， 石英砂焦炭电炉粗硅△

Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4， 高温

SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl。

Ⅱ：三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法) (1)工艺流程

ⅰ.焦炭ⅱ.HCl精馏

石英砂――→粗硅――→SiHCl3(粗)――→

高温300 ℃以上

3

2

CO3，但SiO2

ⅲ.H2

SiHCl3纯――→高纯硅 1 000～1 100 ℃(2)反应原理

高温

SiO2＋2C=====Si＋2CO↑， 300 ℃以上

Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2，

1 000～1 100 ℃

SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl。

【易错警示】 (1)不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。

(2)不要混淆常见含硅物质的成分。 ①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。

②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。 ③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。

[典型例题讲解]

(2017·宁波模拟)含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含

A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

(1)在元素周期表中，A位于第________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为______________________________________。

A与B的原子的电子层结构上的相同点是________________________。 (2)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是__________。

(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。

①写出生成D和F的化学反应方程式：_____________________________。 ②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是____________________。 A．普通玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚

B．石英玻璃坩埚 D．铁坩埚

(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是________。

【解析】 (1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。(2)C

4