化學高考、會考前再梳理——無機非金屬材料矽及其化合物

從化學角度看材料，材料分為金屬材料、非金屬材料、有機高分子材料、複合材料。

材料的分類

無機非金屬材料主要用於傳統工藝上面，比如水泥、陶瓷、玻璃以及耐火材料等，但它不斷地煥發著新顏，對現代工藝發展，如建築、國防、信息方面都具有重要的意義。

作為晶片材料的矽的設計和製造成為了我國重大發展的戰略。無機非金屬材料的主角——矽，同時也是高考化學中非金屬元素的命題熱點之一。這部分教學安排比較孤立，是易被學生忽視和遺忘，本文通過梳理矽及其化合物的基礎知識，供高中化學會考和高考的學生考前梳理加強記憶的準確性。

矽元素

矽元素在自然界的存在： 矽在地殼中的含量僅次於 氧 ，矽在自然界的存在形態：只有化合態，沒有游離態 （親氧元素） 主要以 氧化物 和 矽酸鹽 形式存在，是構成 巖石 和 礦物 的基本元素。

矽單質

矽晶體

單質矽也有 晶體 和 無定型 兩種同素異形體，晶體矽的結構類似於 金剛石 ，它是帶有金屬光澤的 灰黑 色固體，熔點 高 ，硬度大 ，有脆性，導電性介於 導體 和 半導體 之間，是良好的 半導體材料 用於做 計算機晶片 、光電池 。

在常溫下化學性質 穩定 ，只能與 強鹼 、氫氟酸 反應，高溫下與 氧氣 、 氯氣 、 碳 等反應。

二氧化矽

石英晶體

(一)存在和用途：天然二氧化矽的存在形態有 晶體 和 無定型 兩大類,統稱 矽石 。石英晶體是 結晶 的二氧化矽，具有不同晶型和色彩，其中無色透明的晶體就是通常所說的水晶具有彩色環帶狀或層狀的稱為瑪瑙 。沙子 中含有少量的石英晶體。

光纖光纜

SiO2是現代光學和 光導纖維 的基本原料。石英製作石英玻璃、石英電子表、石英鐘等；水晶常用來製造電子工業的重要部件、光學儀器、工藝品等；石英砂常用作制玻璃和建築材料。

（二）物理性質：二氧化矽熔點 高 ，硬度 大 ，這些性質是由 正四面體空間網狀結構 決定的。

二氧化矽結構

（三）化學性質

(1)酸性氧化物通性：

SiO2與強鹼反應，化學方程式為： SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O，離子方程式 SiO2+2OH—==SiO32—+H2O

實驗室中盛放NaOH 溶液的試劑瓶用 橡膠 塞，而不用 玻璃塞 。

SiO2能與鹼性氧化物反應： SiO2+CaO=高溫==CaSiO3

SiO2 不 溶於水， 不 與水反應

（2）SiO2的特性：

SiO2不與強酸反應，只能與HF 反應，這是SiO2的特性。化學方程式為SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O　用於 刻蝕玻璃 。

（3）SiO2弱氧化性 SiO2+2C =高溫=Si+2CO ↑（二氧化矽製取單質矽的原理）

高純矽的製法

注意：二氧化碳二氧化矽的異同

二氧化矽在常溫只能與 強鹼 、氫氟酸 反應，高溫下與 碳 、 鹼性氧化物 、碳酸鹽 反應。

矽酸 (H2SiO3)

製備:矽酸是通過 可溶性矽酸鹽 與 強酸 反應製得的

化學方程式： Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3（膠體） 　、Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3（膠體）+Na2CO3

矽膠

矽酸的物理性質： 白色、膠狀、難溶固體 矽膠的用途： 乾燥劑、催化劑的載體 矽酸的化學性質：酸性：H2SiO3+NaOH = Na2SiO3 +H2O

不穩定性： H2SiO3 =加熱= SiO2 +H2O

矽酸鹽

矽酸鹽是由 金屬 、 矽 和 氧 組成的化合物的總稱。矽酸鹽大多 難 溶於水，化學性質 穩定 。 矽酸鹽是構成地殼巖石的主要成分，種類多，結構複雜，常用氧化物的形式來表示組成。其表示方式：活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·二氧化矽·水。如：滑石Mg3(Si4O10)(OH)2可表示為3MgO·4SiO2·H2O

Na2SiO3 易 溶於水，其水溶液俗稱為 水玻璃 ，可做 粘合劑 是製備矽膠 和耐火材料的原料。

傳統的矽酸鹽製品有 陶瓷 、 玻璃 、 水泥 。

它們的原料分別為 黏土 、 純鹼、石灰石和石英 、 黏土和石灰石 。（注意：只有陶瓷中沒有石灰石原料）

陶瓷燒制過程

水泥的製備

玻璃的製備

還有一些特殊功能的含矽物質有碳化矽(SiC,俗稱金剛砂硬度大)矽鋼:(含4%矽),導磁性良好、 矽橡膠:既耐高又耐磨。

矽單質及化合物之間的相到轉化關係

該類試題常以矽元素及其化合物知識為載體與化學基本概念,基本理論及化學實驗密切結合，從高考命題的變化趨勢看,常與前沿科技成果結合於一體，偏重於實際應用。特別對矽和其化合物的用途要記憶準確，對矽和二氧化矽化學性質中高溫的條件要明確，文中劃線部分和紅字部分務必關注。祝你考試順利，金榜題名！