第四章 　非金属及其化合物
1．了解二氧化硅及硅酸的主要性质及应用。

2．了解硅和硅酸钠的性质和用途。

3．了解硅酸盐产品的性能和用途。

4．认识硅及其重要化合物对生态环境的影响。
二.硅及其化合物的作用
硅的用途树形图
记住嗷：硅晶体是良好的半导体材料，主要用于信息技术和光电池等
一、二氧化硅及硅酸

1．硅元素的存在

硅在地壳中的含量为 26.3%，仅次于___，硅的氧化物和硅

酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，占地壳质量的

90%以上。硅是一种_________元素，主要以熔点很高的氧化物
亲氧
和硅酸盐的形式存在。

2．二氧化硅(SiO2)
(1)存在
硅石
水晶
天然二氧化硅的存在形态有结晶形和无定形两大类，统称

_________。_________和玛瑙的主要成分都是二氧化硅。
氧
◆基础过关落实◆
提高： 试画出Si原子结构示意图并与C比较，由最外层电子数和原子半径估计硅原子的化学行为，达稳定结构、形成共用电子对的情况，主要化合价
主要化合价：
C：＋2、＋4、－4
Si：＋4、－4
第Ⅳ A族
（碳族元素）
原子最外层电子数为：
4
碳族元素在周期表中的位置－ⅣA族，Si 在ⅣA族第三周期
金刚石、晶体硅的微观结构
(2)结构特点
立体网状
二氧化硅晶体为____________结构，基本结构单元是[SiO4]

四面体，Si在中心，O在4个顶角。SiO2晶体是由Si和O按______
的比例组成___________结构的晶体。
1∶2
立体网状
(3)物理性质

二氧化硅的熔点______，硬度______，不溶于水，纯净的
SiO2 透光性好。
高
大
提高：试画出SiO2晶体中原子间结合的平面示意图并与CO2比较，说明两者的理化性质的差异；试计算出SiO2的化学式为SiO2
180º
109º28´
Si
O
二氧化硅的晶体结构示意图
共价键
二氧化硅的物理性质
思考：为什么SiO2和CO2的物理性质相差很大？
（4）二氧化硅的化学性质
不反应
SiO2 + CaO（或 Na2O ）====CaSiO3 （或 Na2SiO 3）
SiO2 + 2NaOH====Na2SiO3+H2O（强碱腐蚀玻璃，表面光滑时很慢，磨砂面表面积大腐蚀较快）
SiO2 + CaCO3====CaSiO3+CO2 ↑（碳酸钠也可，因生成气体而能进行，非复分解反应）
SiO2 +2 C====Si+2CO ↑（由石英砂制粗硅）
SiO2 + 4HF====SiF4 ↑+2H2O （雕刻玻璃）
高温
高温
高温
7.与Na2CO3等反应：
SiO2 + Na2CO3=高温=Na2SiO3 + CO2↑

SiO2 + CaCO3 =高温= CaSiO3 + CO2↑

因生成气体而能进行，不是复分解反应
思考：为什么盛放碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞？
解答：由于SiO2易与碱液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3水溶液是一种矿物胶，有很强的粘合性，把瓶塞和旋塞粘住，致使瓶塞打不开。因此盛NaOH等强碱性溶液的瓶子不得用玻璃塞（中和滴定时所用标准碱液不得用酸式滴定管来盛）．当然，盛水玻璃的试剂瓶同样不得使用玻璃塞，而应使用软木塞或橡皮塞，并注意密封，防止CO2与Na2SiO3溶液反应生成硅酸（Na2SiO3＋CO2＋H2O＝＝＝Na2CO3＋H2SiO3↓因强酸与弱酸盐反应生成弱酸且微溶而能进行）而变质 。
药品瓶塞规律：盛放强碱(溶液)和强碱性物质(溶液如碳酸钠溶液等)的试剂瓶都使用橡皮塞或垫纸片或塑料片,其余都用玻璃塞。
(5)二氧化硅的用途与危害
以 SiO2 为主要成分的沙子用作建筑材料；
SiO2是硅酸盐材料的基础；
纯净的 SiO2 可作光学材料和光纤制品的原料；
石英晶体是结晶的二氧化硅（无色透明时叫水晶，有彩色环带状或层状为玛瑙），可以作装饰品和工艺品也可作光学仪器、实验器皿如石英坩埚等。

危害：人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（旧称矽肺）。
二氧化硅的用途：
建材原料、光导纤维、饰品、实验器皿
光导
纤维
练：下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是  
A．二氧化硅是一种坚硬难溶的固体，化学性质不活泼
B．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸
C．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别
D．二氧化硅是酸性氧化物，不跟任何酸反应
E. 实验室里盛装NaOH溶液试剂瓶用橡皮塞或软木塞，而不用玻璃塞。用离子方程式解
释为SiO2 + 2OH- == SiO3 2-+ H2O
答案：D
3．硅酸(H2SiO3)

硅酸是一种很弱的酸(酸性比碳酸____)，微溶于水。硅酸

是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。硅酸钠与盐酸反应的

化学方程式：___________________________________。

“硅胶”是硅酸凝胶经干燥脱水后得到的多孔的硅酸干凝胶，常用作___________，也用作催化剂的载体。 （因多孔、表面积大）
干燥剂
弱
硅酸受热不稳定而分解：
H2SiO3=△= SiO2+H2O
1．硅酸盐的组成、结构特点及性质

硅酸盐是由____________组成的化合物的总称。其是一

大类结构复杂的固态物质，大多数不溶于水，化学性质稳定。
用氧化物形式表示硅酸盐组成的方法：“活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水”，如粘土的主要成分是 Al2O3 ·2SiO2· 2H2O
练：下列说法正确的是
A.Ca2Mg5Si8O22(OH)2 用氧化物形式可表示成2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
B. Al2O3·2SiO2·2H2O是一种铝酸盐、混合物
二、硅酸盐
硅、氧和金属
答案：A
三大传统无机非金属材料是：______、______、_______。
一些特殊功能的含硅物质：如碳化硅俗名金刚砂(SiC，具有金刚石结构，硬度大，作砂轮磨料)、硅钢（具有很高的导磁性）、____ _、分子筛（均匀微孔而作吸附剂和催化剂）等。
2．硅酸钠(Na2SiO3)
水玻璃
硅胶
硅酸钠是最简单的硅酸盐，可溶于水，其水溶液俗称______，很黏，是制备_______ 和木材防火剂的原料。放在空气中变质的化学方程式：_________________________。
3．硅酸盐工业
玻璃
水泥
陶瓷
Na2SiO3＋H2O＋CO2
=Na2CO3＋H2SiO3↓
硅橡胶（目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶）

【小结】硅酸、硅酸盐
硅酸：不溶、白固、比碳酸还弱、刚生成可成胶体，凝聚脱水得多孔性的“硅胶”－作干燥剂等
硅酸钠：溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂的原料。写反应方程式和离子方程式：用水玻璃和盐酸制硅胶；
记住三大传统无机非金属材料的制备原料：
陶瓷：黏土等
普通玻璃：纯碱、石灰石、石英
水泥：黏土、石灰石
练：有一种矿石，经测定镁、硅、氧元素的质量比为12∶7∶16。
(1)用盐的组成表示其化学式__________________________________。
(2)用氧化物的组成表示其化学式__________________________。
(3)该矿石的成分属于______________________________(填物质的分类)。
答案： (1)Mg2SiO4　(2)2MgO·SiO2　(3)硅酸盐
单质硅象碳单质一样有晶体和无定形两种，晶体硅的结构与_______类似。
（2）性质

单质硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点____、硬度___、

有脆性，在常温下化学性质不活泼，除能与 F2、HF、强碱反应外，不与其他物质如硝酸、硫酸等反应。
三、硅单质
（1）存在及结构特点
金刚石
高
大
109º28´
硅的化学性质
1、与非金属单质的反应
Si + O2 ====SiO2
△
Si + 2Cl2 ====SiCl4（再经H2还原制得高纯硅）
2、与氢氟酸的反应
Si + 4 HF ==== SiF4↑ + 2H2 ↑
4、与氢氧化钠溶液的反应
Si +2NaOH +H2O ===Na2SiO3+ 2H2 ↑
反应中氧化剂是水,似铝与强碱液反应.
△
Si + C =高温= SiC（金刚砂）
练（硅、二氧化硅用途）：下列物品或设备：①水泥路桥，②门窗玻璃，③水晶镜片，④石英钟表，⑤玛瑙手镯，⑥硅太阳能电池，⑦光导纤维，⑧计算机芯片。所用材料为SiO2或要用到SiO2的是
A．①②③④⑤⑦     B．全部      
C．⑥⑧      D．①②⑦⑧
答案：A
硅及其化合物小结：
练：有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应：
(1)C与烧碱反应生成A和水；
(2)A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D；
(3)B在空气中燃烧生成C；
(4)C在高温下与碳反应生成单质B。
根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：
A__________，B__________，C__________，D__________。
答案：Na2SiO3　Si　SiO2　CaSiO3
1.非金属单质一般为非导体（如硫），Si却为？
2.非金属单质（S、Cl2、Br2、I2）与碱反应一般是非金属发生歧化反应生成2种盐（非金属既作氧化剂，又作还原剂），而Si与碱液反应却只作___ ，生成___ ： Si+2NaOH+H2O=？(Cl2+2NaOH=NaClO+NaCl+H2O)
3.C、Si同属ⅣA族，还原性是Si ___C，而C却能将Si从SiO2中还原出来（条件是高温），原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出。SiO2+2C ？
4.非金属单质一般___非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应。Si+4HF=？
5.酸性氧化物一般___酸发生非氧化还原反应，但SiO2却能与HF作用。SiO2+4HF=？
提高：硅单质及其化合物的特例
6．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
7．非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔沸点却 。
8．无机酸一般易溶于水，H2SiO3却难溶于水。
9．因碳酸的酸性强于硅酸，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3
+CO2+H2O＝ ，但在高温下2Na2CO3+SiO2 也能发生。
10．Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分——。
硅、二氧化硅、硅酸的性质
A．玻璃与氢氟酸

C．单质硅与浓硝酸
B．氧化铝与氢氧化钠

D．在高温下二氧化硅与生石灰
解析：玻璃的主要成分是硅酸盐，能与 HF 发生反应；氧化

铝是两性氧化物，能溶于强碱；单质硅在常温下化学性质不活

泼，除能与 F2、HF、强碱反应外，不与其他物质反应；二氧化

硅是酸性氧化物，能在一定条件下与碱性氧化物反应。

答案：C
1．(2011 年广东广州检测)能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性
的实验事实是(
)
A.CO2 溶于水形成碳酸，SiO2 难溶于水

B.CO2 通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀

C.高温下 SiO2 与碳酸盐反应生成 CO2

D.CO2 是气体，而 SiO2 是固体

答案：B
2．盛放熔融烧碱应选用的器皿是(
)
A．石英坩埚

C．生铁坩埚
B．普通玻璃坩埚

D．陶瓷坩埚
①氢氧化钠能与玻璃发生反应生成硅酸钠，硅酸钠具有粘
性，将瓶塞与试剂瓶粘连，导致瓶塞无法打开，所以盛装氢氧
化钠的试剂瓶要用软木塞或者橡胶塞。
②氢氟酸也能与玻璃发生反应，所以不能用玻璃试剂瓶盛
装氢氟酸，而要用塑料瓶盛装。
答案：C
硅及其化合物的综合考查
[例2]下列各单质和化合物之间存在以下转化关系，而且各

单质和化合物的组成元素的原子皆不超过三个电子层。 由图

4－1－1 中各物质间的关系判断：
图 4－1－1
(1)单质 A 只可能是______，这是因为__________________。

(2)单质 B 一定是金属还是非金属？____________。
(3)各化合物的化学式是： 甲________ 、乙__________、
丙________、丁________。
解析：这是一道不定范围的线路推断题，解此类型题首先

应抓住突破口→缩小范围→分析推理。由A＋NaOH( 溶液)→H2

＋化合物乙，得 A 可能为Si 或Al，因为不超过三个电子层的只

有Si 和Al 可与NaOH 溶液反应。又化合物乙＋HCl(过量) →丁，

若A为Al，则乙应为NaAlO2，丁为AlCl3，当丁与NaOH溶液反应

时，产物可能是Al(OH)3 或NaAlO2，与前述乙为NaAlO2的推断矛

盾，故A为Si，则丁只能为H2SiO3，其他物质均可一一推出。
答案：(1)Si A 与 NaOH 溶液反应产物有 H2，则 A 只可能

为 Al 或 Si，但化合物乙与过量盐酸反应可得丁，且它能失去化

合物丙，则丁不可能为 HAlO2，只能是 H2SiO3，则 A 只能为 Si

(2)非金属
(3)SiO2
Na2SiO3
H2O
H2SO3
3．(双选)制备高纯度硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2C
高温
Si＋2CO↑；②Si＋2Cl2
△
SiCl4；
③SiCl4＋2H2
高温
Si＋4HCl。
A．只有①是置换反应

B．②是化合反应

C．从生产成本考虑，反应②、③多余，可省略

D．反应③中 H2 是还原剂，SiCl4 是氧化剂

答案：AC
4．(双选)下列说法中，正确的是(
)
A．硅酸是不挥发性酸，它与食盐反应生成氯化氢

B．氢氟酸能和玻璃发生化学反应，所以氢氟酸要存放在塑

料瓶中
C．水玻璃有粘性，所以要存放在带橡胶塞的试剂瓶中

D．烧碱溶液能腐蚀玻璃并生成硅酸钠，所以烧碱溶液不能

存放在玻璃瓶中
解析：硅酸是一种弱酸不能与食盐发生反应制成氯化氢；
但是氯化氢可以与硅酸盐反应生成硅酸：Na2SiO3＋
2HCl
H2SiO3↓＋2NaCl；烧碱溶液可以用玻璃试剂瓶盛装，但不能
答案：BC
用玻璃塞而要用橡皮塞或软木塞。
以下幻灯片为新加，未选编
【变式演练2】判断下列表述是否正确：
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅（ ）
②化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐（ ）
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥成分是二氧化硅（ ）
④太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能（ ）
【例题2】 （07年广东）下列说法正确的是（ ）
A．硅材料广泛应用于光纤通讯
B．工艺师利用盐酸刻腐石英制作艺术品
C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐产品
D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
A
关于硅及其化合物材料应用的考查
【例题3】（06·天津理综）晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得
SiHCl3: Si+3HCl SiHCl3 + H2
③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为
。
（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃)中含有少量SiCl4（沸点57.6℃)和HCl（沸点-84.7℃),提纯SiHCl3采用的方法为________
关于晶体硅的制备及提纯实验的考查
分馏（或蒸馏）
（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：
①装置B中的试剂是_______________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，
装置D不能采用普通玻璃管的原因是________________________________，
装置D中发生反应的化学方程式为__________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_______________________________________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是_______。
a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e. Na2SO3溶液
浓硫酸
使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
有固体物质生成
在反应过程中，普通玻璃会软化
排尽装置中的空气
bd
解析：本题考查了硅的工业制法和粗硅提纯，较全面地考查了物质的分离、除杂、制备、检验、现象描述等内容，以及实验能力、观察能力和思维能力。
本节课小结：
碳族元素：
知识点一 了解碳族元素的递变规律
知识点二 掌握碳单质及其化合物（氧化物）的性质
知识点三 掌握硅单质及其化合物（氧化物）的性质
1、
（09广东理综）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
C
巩固训练
2、（09广东理综）下列除去杂质的方法正确的是（ ）
A．除去CO2中混有的CO：用澄清石灰水洗气
B．除去BaCO3固体中混有BaSO4的：加过量盐酸后，过滤、洗涤
C．除去FeCl2溶液中混有的FeCl3：加入过量铁粉，过滤
D．除去Cu粉中混有的CuO：加适量稀硝酸后，过滤、洗涤
巩固训练
3、下列反应的离子方程式，正确的是 （ ）
A.二氧化硅与氢氟酸反应 SiO2+4H+=Si4++2H2O
B.硅与氢氧化钾溶液反应 Si+2OH-+H2O=SiO2+2H2↑
C.把水玻璃溶液滴入盐酸中 SiO32- +2H+=H2SiO3↓
D.碳酸钡溶于稀硝酸 CO3 2-+2H+=H2O+CO2↑
C
C
4．（09浙江卷28）（15分）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硫、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450-500°C），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
巩固训练
相关信息如下：
a.四氯化硅遇水极易水解；
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c.有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式 。
（2）装置A中g管的作用是 装置C中的试剂是 ；装置E中的h瓶需要冷却理由是 。
（3）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是
（填写元素符号）。
平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；
浓硫酸
产物SiCl4沸点低，需要冷凝收集
Al、P、Cl
3.硅酸、硅酸盐
（一）硅酸
（1）性质
硅酸是难溶于水的 酸，其酸性比碳酸 ，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。
①硅酸不稳定，受热易分解： 。
②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为：
。
③硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时—— ；浓度较大时—— 。硅酸凝胶干燥部分脱水后形成的多孔状固体，→硅酸干胶，又称硅胶，吸附水分能力强(物理吸附法)，常用作干燥剂，也用作催化剂的载体。
（2）制备
硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，反应的化学方程式为：Na2SiO3+2HCl= ,Na2SiO3+CO2+H2O= 。
知识点三 硅单质及其化合物
H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O 。
2NaCl+H2SiO3↓ Na2CO3+H2SiO3↓
思考：实验室可否用SiO2制备H2SiO3？
（二）硅酸盐
（1）硅酸盐是由 、 和 组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都 。化学性质很 ，通常用 和
的形式表示其组成。
（2）用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成。
①硅酸钠：Na2SiO3
②硅酸钙：CaSiO3
③高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4
特别提醒 硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物形式来表示。
氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水
氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
注意事项：①氧化物之间以“·”隔开；②系数配置出现分数应化为整数。
知识点三 硅单质及其化合物