“硅及其化合物”知识揭秘

汤颖

一、硅单质

晶体硅的结构与金刚石相似，它是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，不溶于水。常温下单质硅能与F2、氢氟酸和NaOH等强碱溶液反应;加热或高温下单质硅能与O2、Cl2等非金属反应。掌握晶体硅的结构特点、物理性质与化学性质是应用的关键。

例1 下列对有关晶体硅的叙述正确的是（  ）。

A.晶体硅的物理性质与金刚石相似

B.晶体硅不能与任何酸发生反应

C.加热或高温下，晶体硅才能与O2、Cl2、F2和NaOH溶液反应

D.晶体硅是具有金属光泽的灰黑色固体，故它属于金属材料

解析 因晶体硅的结构与金刚石相似（均是具有正四面体形的立体网状结构），则晶体硅的物理性质与金刚石相似（熔沸点高，硬度大），A项正确;晶体硅能与氢氟酸发生反应，B项错误;常温下晶体硅就能与F2和NaOH溶液反应，C项错误;虽然晶体硅具有金属光泽，但它属于非金属材料，D项错误。答案为A项。

二、二氧化硅

二氧化硅晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大、不溶于水。常温下SiO2能与氢氟酸、NaOH溶液等强碱溶液反应;高温下SiO2能与C、碳酸盐、CaO等碱性氧化物反应。掌握二氧化硅晶体的结构特点、物理性质及化学性质是应用的关键。

例2 下列有关二氧化硅的叙述不正确的是（  ）。

A.二氧化硅是一種具有立体网状结构的晶体，熔沸点高、硬度大

B.二氧化硅的化学性质不活泼，熔融NaOH固体可用石英坩埚

C.二氧化硅是酸性氧化物，但不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸

D.在反应

SiO2+2C高温Si+2CO

中，SiO2表现氧化性

解析 二氧化硅是一种具有立体网状结构的晶体，熔沸点高、硬度大，A项正确;二氧化硅是酸性氧化物，能与NaOH反应，则熔融NaOH固体不能用石英坩埚，B项不正确;尽管二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅能与氢氟酸反应而腐蚀玻璃，则不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸，C项正确;在反应

SiO2+2C高温Si+2CO

中，SiO2是氧化剂，即SiO2表现氧化性，D项正确。答案为B项。

例3 （高考题组合）下列说法正确的是（  ）。

A.（2012年福建理综卷）二氧化硅与水作用形成的溶液能与NH4Cl反应生成NH3

B.（2012年天津理综卷）SiO2与酸、碱均不反应

C.（2014年江苏化学卷）在SiO2、NaOH和HF三种物质中，任意两种物质在一定条件下均能发生反应

D.（2014年海南化学卷）浓硫酸可刻蚀石英制艺术品

解析 二氧化硅不溶于水，且与水不反应，A 项错误;SiO2与氢氟酸、NaOH溶液和KOH溶液均能反应，B项错误;SiO2与NaOH和HF均能反应，NaOH与HF也能反应，C项正确;浓硫酸与石英（二氧化硅）不反应，浓硫酸不能刻蚀石英制艺术品（氢氟酸可刻蚀石英制艺术品），D项错误。答案为C项。

三、硅酸

硅酸是难溶于水的固体;硅酸属二元弱酸，其酸性比碳酸还弱。在实验室，用可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）溶液与其他酸（如盐酸、碳酸等）反应可制得硅酸。学生应掌握硅酸的的物理性质和化学性质及实验室制法。

例4 下列有关硅酸的叙述正确的是（  ）。

A.硅酸可以通过二氧化硅和水的化合反应直接制取

B.用反应

Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl

制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质

C.由反应

Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3

可知，硅酸的酸性比碳酸弱D.因为硅酸难溶于水，所以硅酸不能与NaOH溶液反应

解析 二氧化硅与水不反应，则硅酸不能通过二氧化硅和水的化合反应直接制取，A项错误;用反应

Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl

制取硅酸是利用了强酸制弱酸的性质，B项错误;根据由较强酸制较弱酸的原理，由反应

Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3

可知，硅酸的酸性比碳酸弱，C项正确;虽然硅酸难溶于水，但硅酸能与NaOH溶液反应，D项错误。答案为C项。

四、硅酸盐

硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。大多数硅酸盐不溶于水，化学性质很稳定。硅酸盐可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，其排列顺序为“活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水”。最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗称水玻璃。学生要掌握硅酸盐组成的表示方法和性质及硅酸钠的知识。

例5 下列有关硅酸盐的叙述正确的是（  ）。

A.硅酸盐都难溶于水

B.Na2SiO3性质稳定，Na2SiO3溶液长期敞口保存在空气中不会变质

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

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

解析 大多数硅酸盐难溶于水，但硅酸钠可溶于水，A项错误;Na2SiO3溶液长期敞口保存在空气中能够吸收空气中的CO2发生化学反应生成H2SiO3沉淀而变质，B项错误;钾云母用氧化物的形式应表示为K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O，C项错误;滑石用氧化物的形式表示正确，D项正确。答案为D项。

五、无机非金属材料

陶瓷、玻璃、水泥等是使用量最大的无机非金属材料，其有关知识见表1。

掌握陶瓷、玻璃、水泥的有关知识是应用的关键。

例6 下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是（  ）。

A.石灰石是生产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.生产普通玻璃的两个主要反应为

SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2↑

D.黏土是生产陶瓷、普通玻璃和普通水泥都需要的原料

解析 生产普通玻璃和普通水泥都需要石灰石，A项正确;普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、Ca2SiO3、SiO2，B项正确;生产普通玻璃的两个主要反应为

SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2↑

C项正确;生产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项不正确。答案为D项。

六、硅及其重要化合物的用途

硅及其重要化合物有着重要的用途。学生要掌握单质硅、二氧化硅、硅胶、硅酸钠等的主要用途，以便能够灵活应用。

例7 下列有关硅及其重要化合物用途的叙述不正确的是（  ）。

A.单质硅可用于制光导纤维，二氧化硅是良好的半导体材料

B.二氧化硅可用于制玻璃、耐火材料、石英电子表、石英钟等

C.硅胶常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂

D.水玻璃是制备硅胶和木材防火剂等的原料

解析 单质硅是良好的半导体材料，二氧化硅可用于制光导纤维，A项不正确;二氧化硅可用于制玻璃、耐火材料、石英电子表、石英钟等，B项正确;硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，C项正确;水玻璃是制备硅胶和木材防火剂等的原料，D项正确。答案为A项。

例8 （高考题组合）下列有关说法正确的是（  ）。

A.（2009年四川理综卷）单晶硅常用于制造光导纤维

B.（2012年全国理综课标卷）单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料

C.（2014年四川理综卷）硅胶可作袋装食品的干燥剂

D.（2014年海南化学卷）Si和SiO2都用于制造光导纤维

解析 单晶硅是良好的半导体材料（二氧化硅常用于制造光导纤维），A项错误;单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料，B项正确;硅胶无毒、无味、无腐蚀性，具有吸水性，可用作食品干燥剂，C项正确;Si不能用于制造光导纤维，D项错误。答案为B、C。

七、硅及其化合物的计算

有关硅及其化合物的计算主要有两类：一是根据硅酸盐化学式的计算，可利用化合物中各元素化合价代数和为零的原则进行求解。二是有关硅及其化合物反应的计算，常根据反应的化学方程式进行求解。同时，要注重守恒法、差量法等方法的应用。

例9 国际上已禁止民用产品使用石棉制品，避免吸入石棉纤维而诱发肺病。某石棉（硅酸盐）的化学式可表示为Ca2MgxSiyO22（OH）2，式中的x、y的值分别为（  ）。

A.8，3  B.5，8  C.3，8   D.8，5

解析 根据化合物中各元素化合价代数和为零的原则可得，2×2+2x+4y-2×22-1×2=0，解得x+2y=21;将各选项的x、y值代入，只有B项符合题意（x+2y=5+2×8=21）。故答案为B项。

例10 工业上，在高温条件下用焦炭还原二氧化硅制备单质硅;已知在焦炭过量时会生成副产物SiC。某化学兴趣小组模拟单质硅的工业制法，取18 g SiO2和8.4 g焦炭在高温下充分反应，二者完全反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，假设气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为（  ）。

A.2∶1  B.1∶2  C.3∶2   D.2∶3

解析 由题意可知，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。由反应

SiO2+2C高温Si+2CO

可知，生成0.6 mol CO的同时生成0.3 mol Si，与SiO2反应的C的物质的量为0.6 mol;从而可知，此时剩余C的物质的量为0.7 mol-0.6 mol=0.1 mol;再由反應

Si+C高温SiC

可知，0.1 mol C与0.1 mol Si反应生成0.1 mol SiC;则Si和SiC的物质的量之比为（0.3 mol-0.1 mol）∶0.1 mol=2∶1。答案为A项。

基金项目：南通市教育科学“十三五”规划课题：高中化学研究性学习生态化问题情境创设的研究，XH2016036，教育学会专项。

（收稿日期：2021-09-07）