揭開(kāi)“硅及其化合物”的“面紗”

萬(wàn)莉

單質(zhì)硅、二氧化硅具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料：傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，在日常生活中隨處可見(jiàn)。由于硅及其化合物有著重要的用途，因而倍受命題專(zhuān)家的青睞。揭開(kāi)硅及其化合物的“面紗”，認(rèn)識(shí)硅及其化合物的“真面目”，掌握硅及其化合物的有關(guān)知識(shí)，是中學(xué)化學(xué)重要內(nèi)容之一。

一、單質(zhì)硅的性質(zhì)

單質(zhì)硅是帶有金屬光澤的灰黑色固體，不溶于水，熔點(diǎn)較高、硬度較大、有脆性：其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。在常溫下和在加熱或高溫條件下，單質(zhì)硅表現(xiàn)出不同的化學(xué)性質(zhì)。掌握單質(zhì)硅的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是解題的關(guān)鍵。

例l （2021屆湖北省宜昌市高三模擬，有改動(dòng)）下列關(guān)于硅的敘述錯(cuò)誤的是（

）。

A.單質(zhì)硅是灰黑色有金屬光澤的固體

B.單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間

C.單質(zhì)硅不能與硝酸、濃硫酸等所有酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

D.在加熱條件下，單質(zhì)硅能與非金屬單質(zhì)O2、H2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

解析單質(zhì)硅不能與硝酸、濃硫酸反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)，C項(xiàng)不正確;而A、B、D項(xiàng)均正確。答案為C項(xiàng)。

二、硅的重要化合物的性質(zhì)

SiO2、H2SiO3和Na2 SiO3等是硅元素的重要化合物。SiO2屬于酸性氧化物，在常溫下能與氫氟酸、NaOH等強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，在高溫下能與C、碳酸鹽、CaO等堿性氧化物反應(yīng)。硅酸屬于難溶于水的弱酸。硅酸鈉是可溶性硅酸鹽。

例2 由下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)得出的結(jié)論正確的是（

）。

A.SiO2是酸性氧化物，SiO2能與水化合生成H2SiO3

B.由二氧化硅所參加的化學(xué)反應(yīng)均屬于非氧化還原反應(yīng)

解析玻璃中含有SiO2，SiO2能與NaOH溶液反應(yīng)生成Na2SiO2溶液，Na2SiO3溶液具有黏性，易將磨口玻璃塞和試劑瓶粘在一起，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;玻璃中的SiO2能與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和水，則不能用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸，C項(xiàng)錯(cuò)誤;濃硝酸不能與玻璃中的成分反應(yīng)，則濃硝酸能用帶玻璃塞的磨口玻璃試劑瓶保存，D項(xiàng)正確。答案為D項(xiàng)。

解析步驟①中SiO2與C在高溫下反應(yīng)生成Si和CO.硅元素和碳元素的化合價(jià)發(fā)生了變化，該反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，A項(xiàng)不正確;反應(yīng)②是Si（粗）與HCI在300℃條件下反應(yīng)生成SiHCI3和H2，其化學(xué)方程式為Si（粗）+3HCl 300℃-SiHCl，+H2，B項(xiàng)正確;反應(yīng)③是SiHCI3與H，反應(yīng)生成Si（純）和HCI，該反應(yīng)屬于置換反應(yīng).C項(xiàng)正確;SiHCI3與SiCI4的沸點(diǎn)相差較大，則可用蒸餾（或分餾）的方法除去SiHCI3中的少量SiCI4，D項(xiàng)正確。答案為A項(xiàng)。

解析石英砂的主要成分為SiO2，SiO2與C在高溫下反應(yīng)生成Si（粗）和CO，該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)，A項(xiàng)正確;SiCI4在還原爐中與H2在高溫下反應(yīng)生成高純硅和HCI，其化學(xué)方程式為SiCI4+2H2=高溫=si（純）+4HCI，B項(xiàng)正確;粗硅生成的SiCl4不能完全轉(zhuǎn)化為高純硅，則每生成1 mol高純硅需要CI，的物質(zhì)的量大于2 mol，即需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下Cl，的體積大于44.8 L.C項(xiàng)不正確;在上述工藝中，其轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)為SiO2→Si（粗）→SiCI4→Si（純），則三個(gè)反應(yīng)中每生成或反應(yīng)1 mol Si均轉(zhuǎn)移4 mol電子，D項(xiàng)正確。答案為C項(xiàng)。

四、硅及其重要化合物的用途

硅及其重要化合物有著廣泛的用途。單質(zhì)硅是良好的半導(dǎo)體材料，高純硅可以制成光電池：二氧化硅可用于制光導(dǎo)纖維，還用于制玻璃、耐火材料等;硅膠常用作袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體：硅酸鈉是制備硅膠和木材防火劑等的原料。

例6下列有關(guān)硅及其化合物的用途的敘述正確的是（

）。

A.高純度的單質(zhì)硅可用于制造光導(dǎo)纖維

B.二氧化硅是良好的半導(dǎo)體材料

C.高純硅是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧?/p>

D.硅酸鈉可用作催化劑的載體

解析高純度的二氧化硅可用于制造光導(dǎo)纖維，A項(xiàng)錯(cuò)誤;單質(zhì)硅是良好的半導(dǎo)體材料，B項(xiàng)錯(cuò)誤;高純硅可以制成光電池，即高純硅是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧?，C項(xiàng)正確;硅膠可用作催化劑的載體，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案為C項(xiàng)。

五、硅酸鹽材料

陶瓷、玻璃、水泥三大硅酸鹽產(chǎn)品是使用量最大的無(wú)機(jī)非金屬材料。學(xué)生應(yīng)掌握生產(chǎn)這三大硅酸鹽材料的主要原料、主要設(shè)備、主要成分、主要性能及主要用途。

六、硅及其化合物的推斷

硅及其化合物的推斷實(shí)質(zhì)是硅及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用。求解此類(lèi)試題的關(guān)鍵是根據(jù)題給特征信息，抓住突破口，以點(diǎn)帶面，揭示本質(zhì)。

例8A、B、C、D、E、F有如圖2所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系;已知：A是一種固體單質(zhì)，E是一種白色沉淀。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：