“硅及其化合物”知識揭秘

湯穎

一、硅單質

晶體硅的結構與金剛石相似，它是帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高、硬度大、有脆性，不溶于水。常溫下單質硅能與F2、氫氟酸和NaOH等強堿溶液反應;加熱或高溫下單質硅能與O2、Cl2等非金屬反應。掌握晶體硅的結構特點、物理性質與化學性質是應用的關鍵。

例1 下列對有關晶體硅的敘述正確的是（? ）。

A.晶體硅的物理性質與金剛石相似

B.晶體硅不能與任何酸發生反應

C.加熱或高溫下，晶體硅才能與O2、Cl2、F2和NaOH溶液反應

D.晶體硅是具有金屬光澤的灰黑色固體，故它屬于金屬材料

解析 因晶體硅的結構與金剛石相似（均是具有正四面體形的立體網狀結構），則晶體硅的物理性質與金剛石相似（熔沸點高，硬度大），A項正確;晶體硅能與氫氟酸發生反應，B項錯誤;常溫下晶體硅就能與F2和NaOH溶液反應，C項錯誤;雖然晶體硅具有金屬光澤，但它屬于非金屬材料，D項錯誤。答案為A項。

二、二氧化硅

二氧化硅晶體是由Si和O按1∶2的比例所組成的立體網狀結構的晶體，熔點高、硬度大、不溶于水。常溫下SiO2能與氫氟酸、NaOH溶液等強堿溶液反應;高溫下SiO2能與C、碳酸鹽、CaO等堿性氧化物反應。掌握二氧化硅晶體的結構特點、物理性質及化學性質是應用的關鍵。

例2 下列有關二氧化硅的敘述不正確的是（? ）。

A.二氧化硅是一種具有立體網狀結構的晶體，熔沸點高、硬度大

B.二氧化硅的化學性質不活潑，熔融NaOH固體可用石英坩堝

C.二氧化硅是酸性氧化物，但不能用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸

D.在反應

SiO2+2C高溫Si+2CO

中，SiO2表現氧化性

解析 二氧化硅是一種具有立體網狀結構的晶體，熔沸點高、硬度大，A項正確;二氧化硅是酸性氧化物，能與NaOH反應，則熔融NaOH固體不能用石英坩堝，B項不正確;盡管二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅能與氫氟酸反應而腐蝕玻璃，則不能用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸，C項正確;在反應

SiO2+2C高溫Si+2CO

中，SiO2是氧化劑，即SiO2表現氧化性，D項正確。答案為B項。

例3 （高考題組合）下列說法正確的是（? ）。

A.（2012年福建理綜卷）二氧化硅與水作用形成的溶液能與NH4Cl反應生成NH3

B.（2012年天津理綜卷）SiO2與酸、堿均不反應

C.（2014年江蘇化學卷）在SiO2、NaOH和HF三種物質中，任意兩種物質在一定條件下均能發生反應

D.（2014年海南化學卷）濃硫酸可刻蝕石英制藝術品

解析 二氧化硅不溶于水，且與水不反應，A 項錯誤;SiO2與氫氟酸、NaOH溶液和KOH溶液均能反應，B項錯誤;SiO2與NaOH和HF均能反應，NaOH與HF也能反應，C項正確;濃硫酸與石英（二氧化硅）不反應，濃硫酸不能刻蝕石英制藝術品（氫氟酸可刻蝕石英制藝術品），D項錯誤。答案為C項。

三、硅酸

硅酸是難溶于水的固體;硅酸屬二元弱酸，其酸性比碳酸還弱。在實驗室，用可溶性硅酸鹽（如Na2SiO3）溶液與其他酸（如鹽酸、碳酸等）反應可制得硅酸。學生應掌握硅酸的的物理性質和化學性質及實驗室制法。

例4 下列有關硅酸的敘述正確的是（? ）。

A.硅酸可以通過二氧化硅和水的化合反應直接制取

B.用反應

Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl

制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質

C.由反應

Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3

可知，硅酸的酸性比碳酸弱D.因為硅酸難溶于水，所以硅酸不能與NaOH溶液反應

解析 二氧化硅與水不反應，則硅酸不能通過二氧化硅和水的化合反應直接制取，A項錯誤;用反應

Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl

制取硅酸是利用了強酸制弱酸的性質，B項錯誤;根據由較強酸制較弱酸的原理，由反應

Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3

可知，硅酸的酸性比碳酸弱，C項正確;雖然硅酸難溶于水，但硅酸能與NaOH溶液反應，D項錯誤。答案為C項。

四、硅酸鹽

硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。大多數硅酸鹽不溶于水，化學性質很穩定。硅酸鹽可以用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示，其排列順序為“活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·二氧化硅·水”。最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗稱水玻璃。學生要掌握硅酸鹽組成的表示方法和性質及硅酸鈉的知識。

例5 下列有關硅酸鹽的敘述正確的是（? ）。

A.硅酸鹽都難溶于水

B.Na2SiO3性質穩定，Na2SiO3溶液長期敞口保存在空氣中不會變質

C.鉀云母（K2Al6Si6H4O24）用氧化物的形式可表示為K2O·2H2O·Al2O3·6SiO2

D.滑石（Mg3H2Si4O12）用氧化物的形式可表示為3MgO·4SiO2·H2O

解析 大多數硅酸鹽難溶于水，但硅酸鈉可溶于水，A項錯誤;Na2SiO3溶液長期敞口保存在空氣中能夠吸收空氣中的CO2發生化學反應生成H2SiO3沉淀而變質，B項錯誤;鉀云母用氧化物的形式應表示為K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O，C項錯誤;滑石用氧化物的形式表示正確，D項正確。答案為D項。

五、無機非金屬材料

陶瓷、玻璃、水泥等是使用量最大的無機非金屬材料，其有關知識見表1。

掌握陶瓷、玻璃、水泥的有關知識是應用的關鍵。

例6 下列有關硅酸鹽材料的敘述不正確的是（? ）。

A.石灰石是生產普通玻璃和普通水泥都需要的原料

B.普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、Ca2SiO3、SiO2

C.生產普通玻璃的兩個主要反應為

SiO2+Na2CO3高溫Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3高溫CaSiO3+CO2↑

D.黏土是生產陶瓷、普通玻璃和普通水泥都需要的原料

解析 生產普通玻璃和普通水泥都需要石灰石，A項正確;普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、Ca2SiO3、SiO2，B項正確;生產普通玻璃的兩個主要反應為

SiO2+Na2CO3高溫Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3高溫CaSiO3+CO2↑

C項正確;生產陶瓷和普通水泥都需要黏土，而生成普通玻璃不需要黏土，D項不正確。答案為D項。

六、硅及其重要化合物的用途

硅及其重要化合物有著重要的用途。學生要掌握單質硅、二氧化硅、硅膠、硅酸鈉等的主要用途，以便能夠靈活應用。

例7 下列有關硅及其重要化合物用途的敘述不正確的是（? ）。

A.單質硅可用于制光導纖維，二氧化硅是良好的半導體材料

B.二氧化硅可用于制玻璃、耐火材料、石英電子表、石英鐘等

C.硅膠常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑

D.水玻璃是制備硅膠和木材防火劑等的原料

解析 單質硅是良好的半導體材料，二氧化硅可用于制光導纖維，A項不正確;二氧化硅可用于制玻璃、耐火材料、石英電子表、石英鐘等，B項正確;硅膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，C項正確;水玻璃是制備硅膠和木材防火劑等的原料，D項正確。答案為A項。

例8 （高考題組合）下列有關說法正確的是（? ）。

A.（2009年四川理綜卷）單晶硅常用于制造光導纖維

B.（2012年全國理綜課標卷）單質硅是將太陽能轉變為電能的常用材料

C.（2014年四川理綜卷）硅膠可作袋裝食品的干燥劑

D.（2014年海南化學卷）Si和SiO2都用于制造光導纖維

解析 單晶硅是良好的半導體材料（二氧化硅常用于制造光導纖維），A項錯誤;單質硅是將太陽能轉變為電能的常用材料，B項正確;硅膠無毒、無味、無腐蝕性，具有吸水性，可用作食品干燥劑，C項正確;Si不能用于制造光導纖維，D項錯誤。答案為B、C。

七、硅及其化合物的計算

有關硅及其化合物的計算主要有兩類：一是根據硅酸鹽化學式的計算，可利用化合物中各元素化合價代數和為零的原則進行求解。二是有關硅及其化合物反應的計算，常根據反應的化學方程式進行求解。同時，要注重守恒法、差量法等方法的應用。

例9 國際上已禁止民用產品使用石棉制品，避免吸入石棉纖維而誘發肺病。某石棉（硅酸鹽）的化學式可表示為Ca2MgxSiyO22（OH）2，式中的x、y的值分別為（? ）。

A.8，3? B.5，8 ?C.3，8? ?D.8，5

解析 根據化合物中各元素化合價代數和為零的原則可得，2×2+2x+4y-2×22-1×2=0，解得x+2y=21;將各選項的x、y值代入，只有B項符合題意（x+2y=5+2×8=21）。故答案為B項。

例10 工業上，在高溫條件下用焦炭還原二氧化硅制備單質硅;已知在焦炭過量時會生成副產物SiC。某化學興趣小組模擬單質硅的工業制法，取18 g SiO2和8.4 g焦炭在高溫下充分反應，二者完全反應后收集到標準狀況下的氣體13.44 L，假設氣體產物只有CO，固體產物只有Si和SiC，則Si和SiC的物質的量之比為（? ）。

A.2∶1? B.1∶2 ?C.3∶2? ?D.2∶3

解析 由題意可知，n（SiO2）=18 g÷60 g·mol-1=0.3 mol，n（C）=8.4 g÷12 g·mol-1=0.7 mol，n（CO）=13.44 L÷22.4 L·mol-1=0.6 mol。由反應

SiO2+2C高溫Si+2CO

可知，生成0.6 mol CO的同時生成0.3 mol Si，與SiO2反應的C的物質的量為0.6 mol;從而可知，此時剩余C的物質的量為0.7 mol-0.6 mol=0.1 mol;再由反應

Si+C高溫SiC

可知，0.1 mol C與0.1 mol Si反應生成0.1 mol SiC;則Si和SiC的物質的量之比為（0.3 mol-0.1 mol）∶0.1 mol=2∶1。答案為A項。

基金項目：南通市教育科學“十三五”規劃課題：高中化學研究性學習生態化問題情境創設的研究，XH2016036，教育學會專項。

（收稿日期：2021-09-07）