资源简介

探究“硅及其化合物”的反应内涵
在近年的高考试题中，无机非金属材料、硅酸盐等信息材料题已成为考试的亮点，正确认识硅及其化合物性质是解题的前提。针对学生中对这种半导体材料的认识不够，总结出反应内涵，希望对无机非金属材料的学习进一步简化和准确！
一、硅与碱反应的本质：
硅与碱反应的本质是Si先和H2O反应，生成的硅酸（H2SiO3）再和碱（如NaOH）溶液发生反应。于是，硅和碱溶液的反应可以理解为两个反应式：
Si+3H2O H2SiO3+2H2↑
H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O
以上两个反应式叠加即可得到总的反应式为：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。所以，从分步反应来看，NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，仅仅作为一个反应物参与反应，而水才是真正的氧化剂，Si是还原剂。方程式中的转移电子数目为4。
二、硅酸盐的两个重要反应：
反应①Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
反应②Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
反应①之所以能够发生，是因为在水溶液中，碳酸的酸性强于硅酸的酸性——符合强酸制弱酸。该反应也证明了C的非金属性比Si的非金属性强。
反应②之所以能够发生，是因为该反应不是在水溶液中进行的而是在高温条件下进行的，由于生成的CO2是气体，它离开了反应体系使得反应不断地向生成Na2SiO3的方向进行到底。
三、纯硅的制取：
工业上常用还原石英砂的方法来制取单质硅，一般在高温下利用强还原剂去还原SiO2来得到单质硅。如：SiO2+2CSi+2CO↑。
但该反应只能得到纯度不高的硅，这种硅不能用作半导体材料，也不能用于制造硅整流器等，因此需要提纯硅得到高纯度的硅。主要经过以下几步反应来实现：
Si(粗)+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si(纯)+4HCl
四、二氧化硅的弱氧化性：
SiO2中硅元素的化合价处于硅的最高价，在发生化学反应的时候只能降低，得电子体现氧化性，但硅得电子能力很弱，故SiO2是一种很弱的氧化剂，通常只能跟某些较活泼的还原剂在特定的条件下发生氧化还原反应，如SiO2+2CSi+2CO↑。
五、硅及其化合物的特性：
①Si的还原性比C的还原性强，但C却能够高温下还原出Si，即SiO2+2CSi+2CO↑。此反应之所以能够发生是因为生成的CO是气体，它离开反应体系使得反应向生成Si的方向进行到底。
②非金属单质和碱溶液反应的时候一般均无H2的放出，但Si却能和碱溶液反应产生H2。
③非金属单质一般不和非氧化性酸反应，但硅却能和非氧化性酸HF反应，方程式为Si+4HF===SiF4↑+2H2↑。
④非金属氧化物一般为分子晶体，但SiO2却是原子晶体。
⑤SiO2是酸性氧化物，一般情况下酸性氧化物不与酸反应，但SiO2却能和HF反应。
⑥无机酸一般易溶于水，但硅酸或原硅酸均难溶于水。
⑦Na2SiO3水溶液俗称水玻璃、泡花碱，但泡花碱却是盐溶液而非碱。
巩固练习：
1.药爆炸的瞬间，可以产生400000atm的超高压和5000℃的超高温，完全能达到石墨转化成金刚石的条件，你认为将炸药放在水槽内的最主要原因是 （ ）
A．形成高压条件 B．吸热降低温度
C．防止碳粉燃烧 D．溶解爆炸产生的气体
[解析] 炸药放入水槽内沉入水下固然可以形成一定压力，但比之于40000atm便显得微不足道；吸热降温又不利于金刚石的合成；溶解爆炸气体则明显不合理，所以答案是C .
2. 原硅酸的分子结构为，它在水溶液中不稳定，通常在分子间脱水缩聚成网状大分子，这样的缩聚硅酸用通式表示，若n为1.5，则其缩聚物的化学式为。已知某缩聚硅酸中硅元素的质量分数为40.6%，该缩聚硅酸的化学式为_________；其分子结构式为__________；与NaOH溶液反应的化学方程式为____________________。
[解析] 依据通式和含硅40.6%，列出下述算式求n值，，解，故化学式为，分子结构式为：，它是二元酸，与NaOH反应生成盐：
3．A、B为两种单质，常温下均为固体。在元素周期表中，A、B两种元素同周期且原子半径A>B。分别取三份完全相同的质量均为1.520g的A、B混合物粉末进行如下实验。
①向第一份试样中加入过量的盐酸，充分反应后放出0.896L气体（标准状况，下同），还余下0.560g残渣。
②向第二份试样中加入过量的10%的NaOH溶液，充分反应后放出0.896L气体，还余下0.960g残渣。
③将第三份试样隔绝空气加强热后，生成一种固体。冷却后，在隔绝空气的条件下加入足量稀盐酸，该固体全部溶解，产生x L气体。
（1）单质A是___________。
（2）混合物中B的质量分数为_______________。
（3）写出实验③中有关反应的化学方程式，并计算x的值。
[ 解 析 ]由题意可知，②中0.56g单质与NaOH反应产生的为，只能是Si而不是Al，，恰好产生；①中，0.96g单质产生，则应为Mg，因为，符合，故A为Mg，B为Si。
（2）Si的质量分数为
（3）
0.04mol 0.02mol
0.02mol 0.02mol
故x=0.448。
[ 答 案 ]
（1）Mg （2）Si的质量分数为36.8%
（3），，x=0.448 L。

展开更多......

收起↑