揭开“硅及其化合物”的“面纱”

2022-06-17万莉

中学化学 2022年4期

万莉

单质硅、二氧化硅具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见。由于硅及其化合物有着重要的用途，因而倍受命题专家的青睐。揭开硅及其化合物的“面纱”，认识硅及其化合物的“真面目”，掌握硅及其化合物的有关知识，是中学化学重要内容之一。

一、单质硅的性质

单质硅是带有金属光泽的灰黑色固体，不溶于水，熔点较高、硬度较大、有脆性：其导电性介于导体和绝缘体之间。在常温下和在加热或高温条件下，单质硅表现出不同的化学性质。掌握单质硅的物理性质和化学性质是解题的关键。

例l （2021届湖北省宜昌市高三模拟，有改动）下列关于硅的叙述错误的是（

）。

A.单质硅是灰黑色有金属光泽的固体

B.单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间

C.单质硅不能与硝酸、浓硫酸等所有酸发生化学反应

D.在加热条件下，单质硅能与非金属单质O2、H2等发生化学反应

解析单质硅不能与硝酸、浓硫酸反应，但能与氢氟酸反应，C项不正确;而A、B、D项均正确。答案为C项。

二、硅的重要化合物的性质

SiO2、H2SiO3和Na2 SiO3等是硅元素的重要化合物。SiO2屬于酸性氧化物，在常温下能与氢氟酸、NaOH等强碱溶液反应，在高温下能与C、碳酸盐、CaO等碱性氧化物反应。硅酸属于难溶于水的弱酸。硅酸钠是可溶性硅酸盐。

例2 由下列实验事实得出的结论正确的是（

）。

A.SiO2是酸性氧化物，SiO2能与水化合生成H2SiO3

B.由二氧化硅所参加的化学反应均属于非氧化还原反应

解析玻璃中含有SiO2，SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO2溶液，Na2SiO3溶液具有黏性，易将磨口玻璃塞和试剂瓶粘在一起，A、B项错误;玻璃中的SiO2能与氢氟酸反应生成SiF4和水，则不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸，C项错误;浓硝酸不能与玻璃中的成分反应，则浓硝酸能用带玻璃塞的磨口玻璃试剂瓶保存，D项正确。答案为D项。

解析步骤①中SiO2与C在高温下反应生成Si和CO.硅元素和碳元素的化合价发生了变化，该反应属于氧化还原反应，A项不正确;反应②是Si（粗）与HCI在300℃条件下反应生成SiHCI3和H2，其化学方程式为Si（粗）+3HCl 300℃-SiHCl，+H2，B项正确;反应③是SiHCI3与H，反应生成Si（纯）和HCI，该反应属于置换反应.C项正确;SiHCI3与SiCI4的沸点相差较大，则可用蒸馏（或分馏）的方法除去SiHCI3中的少量SiCI4，D项正确。答案为A项。

解析石英砂的主要成分为SiO2，SiO2与C在高温下反应生成Si（粗）和CO，该反应属于置换反应，A项正确;SiCI4在还原炉中与H2在高温下反应生成高纯硅和HCI，其化学方程式为SiCI4+2H2=高温=si（纯）+4HCI，B项正确;粗硅生成的SiCl4不能完全转化为高纯硅，则每生成1 mol高纯硅需要CI，的物质的量大于2 mol，即需要标准状况下Cl，的体积大于44.8 L.C项不正确;在上述工艺中，其转化的实质为SiO2→Si（粗）→SiCI4→Si（纯），则三个反应中每生成或反应1 mol Si均转移4 mol电子，D项正确。答案为C项。

四、硅及其重要化合物的用途

硅及其重要化合物有着广泛的用途。单质硅是良好的半导体材料，高纯硅可以制成光电池：二氧化硅可用于制光导纤维，还用于制玻璃、耐火材料等;硅胶常用作袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体：硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂等的原料。

例6下列有关硅及其化合物的用途的叙述正确的是（

）。

A.高纯度的单质硅可用于制造光导纤维

B.二氧化硅是良好的半导体材料

C.高纯硅是将太阳能转变为电能的常用材料

D.硅酸钠可用作催化剂的载体

解析高纯度的二氧化硅可用于制造光导纤维，A项错误;单质硅是良好的半导体材料，B项错误;高纯硅可以制成光电池，即高纯硅是将太阳能转变为电能的常用材料，C项正确;硅胶可用作催化剂的载体，D项错误。答案为C项。

五、硅酸盐材料

陶瓷、玻璃、水泥三大硅酸盐产品是使用量最大的无机非金属材料。学生应掌握生产这三大硅酸盐材料的主要原料、主要设备、主要成分、主要性能及主要用途。

六、硅及其化合物的推断