《高中化學(xué)人教版必修1精講精練 第4章第1講 無機(jī)非金屬材料的主角—硅》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中化學(xué)人教版必修1精講精練 第4章第1講 無機(jī)非金屬材料的主角—硅（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第一課時(shí)　二氧化硅和硅酸 (1)碳、硅核電荷數(shù)分別是6和14，其原子結(jié)構(gòu)示意圖分別為：。 (2)CO2是一種酸性氧化物，它和足量NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。 (3)地殼中含量最多的兩種元素是O、Si，二者形成的化合物為SiO2，對(duì)應(yīng)的酸為H2SiO3。 一、硅元素的存在 二、二氧化硅 1．存在 SiO2存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。石英、水晶、瑪瑙、沙子、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2。 2．結(jié)構(gòu) SiO2晶體是四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)Si周圍結(jié)合4個(gè)O，每個(gè)O周圍有2個(gè)Si，Si∶O＝1∶2。 3．物理性質(zhì) SiO2的熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水。 4．化學(xué)性質(zhì) 5．用途 (1)沙子是基本的建筑材料。 (2)純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作光導(dǎo)纖維。 (3)石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。 (4)實(shí)驗(yàn)室中使用的石英坩堝。 三、硅酸 1．物理性質(zhì) 硅酸是一種不溶于水的白色膠狀物。 2．化學(xué)性質(zhì) (1)弱酸性： 向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體， 化學(xué)方程式為：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓， 結(jié)論(酸性)：H2SiO3H2SiO3(　　) 答案：(1)　(2)√　(3)　(4)　(5)√ 3．長(zhǎng)距離聯(lián)網(wǎng)所使用的傳輸速度快、信息量大的線路，其材料的主要化學(xué)成分為________，該材料的名稱是________。這種材料被埋在地下時(shí)，如果裸露在堿性土壤中，會(huì)導(dǎo)致斷路，用離子方程式說明原因：__________________________________________。 答案：SiO2　光導(dǎo)纖維　SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 4．下列關(guān)于硅酸的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．硅酸是一種很弱的酸 B．硅酸可由二氧化硅與水反應(yīng)制得 C．硅酸不穩(wěn)定，加熱脫水會(huì)生成二氧化硅 D．硅酸可以由可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)制得 解析：二氧化硅對(duì)應(yīng)的酸雖然是硅酸，但是由于二氧化硅不溶于水也不與水反應(yīng)，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B SiO2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) CO2和SiO2的比較 CO2 SiO2 構(gòu)成 CO2分子 硅原子和氧原子按1∶2的比例組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，無SiO2分子 物理性質(zhì) 氣體，熔、沸點(diǎn)低，溶于水 固體，熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水 化學(xué)性質(zhì) 與堿 2NaOH＋CO2=== Na2CO3＋H2O SiO2＋2NaOH === Na2SiO3＋H2O 與水 CO2＋H2OH2CO3 不反應(yīng) 與碳 C＋CO22CO 2C＋SiO2 Si＋2CO↑ 與氫氟酸 不反應(yīng) SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O 與氧化鈣 CO2＋CaO=== CaCO3 SiO2＋CaO CaSiO3 與鹽 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2 SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑ SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑ [例1]　下列敘述正確的是(　　) A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以兩者物理性質(zhì)相似 B．因?yàn)镃aCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng) C．CO2和SiO2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑 D．SiO2晶體熔、沸點(diǎn)高，硬度大，故可用于制做光導(dǎo)纖維 [解析]　CO2的熔、沸點(diǎn)低，溶于水，SiO2的熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水，兩者是酸性氧化物和其物理性質(zhì)沒有因果關(guān)系，A錯(cuò)；CaCO3和SiO2反應(yīng)是SiO2的特殊性質(zhì)，不能說明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B錯(cuò)；SiO2晶體在光學(xué)方面的特性，決定了其可制做光導(dǎo)纖維，D錯(cuò)。 [答案]　C (1)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，SiO2與CO2性質(zhì)上的差異，主要是由二者結(jié)構(gòu)上的不同決定的。 (2)CO2與H2O能反應(yīng)，但SiO2不溶于水也不與水反應(yīng)；SiO2與氫氟酸能反應(yīng)，但CO2不與酸反應(yīng)。 H2SiO3的性質(zhì) H2CO3與H2SiO3性質(zhì)的比較 H2CO3 H2SiO3 酸性 均為弱酸，且酸性：H2CO3>H2SiO3 水溶性 能溶于水 難溶于水 制備 CO2＋H2OH2CO3 Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ 轉(zhuǎn)化關(guān)系 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ [例2]　下列關(guān)于硅酸的說法正確的是(　　) A．硅酸可以通過SiO2和水的化合反應(yīng)直接制得 B．用反應(yīng)Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質(zhì) C．因?yàn)楣杷犭y溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng) D．硅膠可用作袋裝食品的干燥劑 [解析]　SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸，A錯(cuò)；B中反應(yīng)是利用了強(qiáng)酸制弱酸的性質(zhì)，B錯(cuò)；硅酸雖難溶于水，但可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，C錯(cuò)。 [答案]　D H2SiO3雖然是SiO2相應(yīng)的水化物，但因SiO2不溶于水，制備H2SiO3時(shí)，應(yīng)使用可溶性硅酸鹽與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)制取。 1．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)一)下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　) A．CO2、SiO2都是酸性氧化物 B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸 C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物 D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子組成的 解析：CO2可溶于水生成H2CO3，但SiO2卻不能溶于水生成H2SiO3，B錯(cuò)誤；SiO2與CO2都是酸性氧化物，A正確，C錯(cuò)誤；CO2是由CO2分子構(gòu)成的，而SiO2則是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，SiO2中不存在分子，D錯(cuò)誤。 答案：A 2．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)一)下列說法不正確的是(　　) A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物 B．在反應(yīng)SiO2＋2CSi＋2CO↑中SiO2作氧化劑 C．SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，熔點(diǎn)高、硬度大 D．氫氟酸能夠刻蝕玻璃，故不能用玻璃瓶來盛裝氫氟酸 解析：A項(xiàng)，SiO2不溶于水，但它能與堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水，是酸性氧化物，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，在該反應(yīng)中SiO2被C還原為Si，SiO2作氧化劑，正確；C項(xiàng)，由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，故熔點(diǎn)高，硬度大，正確；D項(xiàng)，SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，故常用氫氟酸刻蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，正確。 答案：A 3．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)二)下列關(guān)于碳酸(H2CO3)和硅酸(H2SiO3)的說法中不正確的是(　　) A．兩者均為弱酸 B．兩者均可使紫色石蕊溶液變紅色 C．CO2氣體通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸 D．兩者受熱時(shí)均可以分解 解析：硅酸不能使紫色石蕊試液變紅，B不正確。 答案：B 4．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)二)碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)，某化學(xué)課外小組搜集了大量的證據(jù)證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是(　　) A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 B．CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀 C．高溫下SiO2與碳酸鈣、碳酸鈉等固體反應(yīng)生成CO2 D．氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體，通入可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀 解析：根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律，CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀的事實(shí)可證明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)。 答案：B 5．(實(shí)驗(yàn)題)為確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請(qǐng)據(jù)此回答： (1)錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應(yīng)為____________。 (2)裝置B所盛的試劑是___________________，其作用是______________________。 (3)裝置C所盛試劑是________________________________________________， C中反應(yīng)的離子方程式是_______________________________________________。 (4)由此可得出的結(jié)論是：酸性________>__________>________。 解析：根據(jù)強(qiáng)酸＋弱酸鹽―→弱酸＋強(qiáng)酸鹽分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，A中盛放Na2CO3，根據(jù)Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑可以知道酸性HCl強(qiáng)于H2CO3，然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反應(yīng)為Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判斷酸性H2CO3>H2SiO3，但需注意的是A中反應(yīng)會(huì)有HCl氣體逸出，故通入Na2SiO3溶液前需將HCl吸收，但不能吸收CO2，故可選用飽和NaHCO3溶液。 答案：(1)鹽酸 (2)飽和NaHCO3溶液　吸收HCl氣體 (3)Na2SiO3溶液 SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO (4)HCl　H2CO3　H2SiO3 (1)SiO2是硅最重要的化合物，其組成多樣，石英、沙子、瑪瑙、光導(dǎo)纖維等的主要成分均為SiO2。 (2)SiO2為酸性氧化物，可與CaO、NaOH等反應(yīng)，SiO2＋CaOCaSiO3；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 (3)SiO2＋4HF===SiF4＋2H2O，氫氟酸可用來刻蝕玻璃。 (4)硅酸酸性比碳酸還弱，可用化學(xué)方程式：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓來證明。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到硅膠，常用作干燥劑和催化劑的載體。 一、選擇題(本題包括5小題，每小題4分，共20分) 1．關(guān)于二氧化硅，下列敘述不正確的是(　　) A．水晶的主要成分是二氧化硅 B．二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別 C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反應(yīng)生成酸 D．二氧化硅是一種酸性氧化物，它不跟任何酸起反應(yīng) 解析：水晶的主要成分為SiO2，A項(xiàng)正確；CO2是由分子構(gòu)成的，而SiO2是Si和O按1∶2組成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，二者物理性質(zhì)差別較大，B正確；SiO2不溶于水也不與水反應(yīng)，C項(xiàng)正確；SiO2可以與氫氟酸反應(yīng)，D項(xiàng)不正確。 答案：D 2．下列離子方程式，正確的是(　　) A．澄清石灰水中通入過量二氧化碳：Ca2＋＋2OH－＋CO2===CaCO3↓＋H2O B．碳酸鈉溶液中加入二氧化硅：CO＋SiO2===SiO＋CO2↑ C．二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)：SiO2＋2OH－===SiO＋H2↑ D．硅酸與燒堿溶液中和：H2SiO3＋2OH－===SiO＋2H2O 解析：過量二氧化碳通入澄清石灰水中生成可溶性的碳酸氫鈣，碳酸鈉溶液中加入二氧化硅不反應(yīng)，二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和水，故A、B、C均錯(cuò)誤。 答案：D 3．下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學(xué)反應(yīng)完成的是(　　) A．CO2→H2CO3　　　　　　　 B．SiO2→Na2SiO3 C．Na2O2→Na2CO3 D．SiO2→H2SiO3 解析：由于SiO2不溶水也不與水反應(yīng)，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2與強(qiáng)堿反應(yīng)制得可溶性硅酸鹽后，再與酸反應(yīng)才能制得H2SiO3。 答案：D 4．(雙選題)素有“水晶之鄉(xiāng)”美稱的江蘇東?？h盛產(chǎn)水晶，現(xiàn)存于國(guó)家地質(zhì)博物館的水晶大王就出自東?？h。水晶是較純凈的透明的石英晶體，石英的主要成分是SiO2。下列有關(guān)石英的敘述正確的是(　　) A．石英都是無色透明晶體，可作裝飾品，也可以制作光學(xué)儀器 B．石英晶體中每個(gè)Si周圍結(jié)合4個(gè)O，每個(gè)O周圍結(jié)合2個(gè)Si C．石英制作的光導(dǎo)纖維在強(qiáng)堿性條件下易發(fā)生“斷”路 D．石英不可以用來制取高純硅，可以制光導(dǎo)纖維 解析：純凈的SiO2晶體水晶是無色的，而其他的石英晶體具有不同的顏色，如瑪瑙。石英是光導(dǎo)纖維的材料，通過石英與碳反應(yīng)可以得到單質(zhì)Si，然后再與Cl2反應(yīng)生成SiCl4，SiCl4與H2反應(yīng)得到純凈的Si。 答案：BC 5．在一定條件下，下列物質(zhì)不能和SiO2反應(yīng)的是(　　) ①焦炭　②純堿?、厶妓徕}　④氫氟酸?、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}?、喾鷼? A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧ C．⑤⑧ D．⑤ 解析：二氧化硅是酸性氧化物，可與堿及堿性氧化物反應(yīng)，⑥、⑦能反應(yīng)；二氧化硅與純堿(或碳酸鈣)在高溫下能發(fā)生反應(yīng)，②、③能反應(yīng)；二氧化硅在高溫下還能與焦炭發(fā)生置換反應(yīng)，①能反應(yīng)；二氧化硅作為一種特殊的氧化物還能與氟氣、氫氟酸反應(yīng)，④、⑧能反應(yīng)；二氧化硅與硝酸不反應(yīng)，⑤不能反應(yīng)。 答案：D 二、非選擇題(本題包括3小題，共30分) 6．(8分)指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在A～E選項(xiàng)中選擇正確答案填入括號(hào)內(nèi)。 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　) (2)SiO2＋2CSi＋2CO↑(　　) (3)SiO2＋3CSiC＋2CO↑(　　) (4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(　　) A．作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕 B．氧化性 C．酸性氧化物的通性 D．未參加氧化還原反應(yīng) 解析：(1)中SiO2表現(xiàn)的是酸性氧化物的性質(zhì)。(2)中是SiO2得電子，顯氧化性。(3)中得失電子的是C，SiO2未參與得失電子。(4)是雕刻玻璃的反應(yīng)。 答案：(1)C　(2)B　(3)D　(4)A 7．(11分)下表中括號(hào)內(nèi)物質(zhì)是雜質(zhì)，試將除雜試劑及分離方法填入表內(nèi)： 混合物 SiO2(CaCO3) CO2(SO2) NaHCO3 (Na2SiO3) SiO2(NaCl) 除雜試劑 除雜方法 解析：SiO2(CaCO3)：可利用SiO2不溶于鹽酸而CaCO3溶于鹽酸的性質(zhì)除去CaCO3；CO2(SO2)：可通入飽和NaHCO3溶液；NaHCO3(Na2SiO3)：通入足量CO2氣體；SiO2(NaCl)：溶于水過濾。 答案： 混合物 SiO2(CaCO3) CO2(SO2) NaHCO3 (Na2SiO3) SiO2(NaCl) 除雜試劑 鹽酸 飽和NaHCO3溶液 通入足量CO2 水 除雜方法 過濾 洗氣 過濾 過濾 8.(11分)A、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖所示。A為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)。請(qǐng)?zhí)羁眨? (1)形成單質(zhì)A的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為________，它的最高化合價(jià)為________。 (2)B的化學(xué)式(分子式)為________。B和碳反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式是________________________。 (3) C的化學(xué)式為________，D的化學(xué)式為________。 解析：“A為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)”知A是硅，根據(jù)圖可初步假定B是SiO2，然后代入轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。 答案：(1) ?。?　(2)SiO2　SiO2＋2CSi＋2CO↑　(3)CaSiO3　Na2SiO3 第二課時(shí)　硅酸鹽和硅單質(zhì) (1)SiO2與CO2性質(zhì)差異的主要原因是結(jié)構(gòu)不同，SiO2的基本的結(jié)構(gòu)單元是四面體。 (2)用化學(xué)方程式表示： ①氫氟酸刻玻璃：4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。 ②SiO2與NaOH溶液反應(yīng)： SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ③硅酸鈉溶液久置空氣中變質(zhì)： Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。 一、硅酸鹽的性質(zhì)及應(yīng)用 1．硅酸鹽的組成及性質(zhì) 2．常見的硅酸鹽——Na2SiO3 3．常見的硅酸鹽產(chǎn)品——無機(jī)非金屬材料 硅酸鹽產(chǎn)品 原料 主要設(shè)備 水泥 黏土和石灰石、少量石膏 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃 純堿、石灰石和石英 玻璃窯 陶瓷 黏土 4．特殊功能的含硅物質(zhì) (1)金剛砂(SiC)具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙、砂輪磨料。 (2)硅鋼(含Si 4%)具有很高的導(dǎo)磁性，主要用作變壓器鐵芯。 (3)硅橡膠，既耐高溫又耐低溫，用于制造火箭、導(dǎo)彈的零件。 (4)人工制造的分子篩(具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽)，主要用作吸附劑和催化劑。 二、硅單質(zhì) 1．種類及結(jié)構(gòu) 單質(zhì)硅分為晶體硅和無定形兩類，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似。 2．性質(zhì) (1)物理性質(zhì)： 色、態(tài) 光澤 熔點(diǎn) 硬度 質(zhì)地 導(dǎo)電性 灰黑色固體 金屬光澤 高 大 脆 半導(dǎo)體 (2)化學(xué)性質(zhì)：在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與F2、HF、強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)。 3．用途 (1)半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。 (2)新型能源，如光電池等。 1．下列物質(zhì)中，不含有硅酸鹽的是(　　) A．水玻璃　　　　　　　 B．硅芯片 C．黏土 D．普通水泥 分析：水玻璃中含有硅酸鈉，普通水泥中含有硅酸鈣、硅酸鈉，黏土含有復(fù)雜的硅酸鹽，硅芯片中含的是硅單質(zhì)。 答案：B 2．將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式。 (1)NaAlSi3O8___________________________________________________________； (2)Mg2Si3O8nH2O______________________________________________________； (3)普通玻璃(Na2SiO3CaSiO34SiO2)_____________________________________。 答案：(1)Na2OAl2O36SiO2 (2)2MgO3SiO2nH2O (3)Na2OCaO6SiO2 3．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”) (1)硅酸鹽一般易溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定(　　) (2)硅酸鹽是SiO2和金屬氧化物組成的混合物(　　) (3)Na2SiO3固體是一種很好的干燥劑(　　) (4)水泥、玻璃、陶瓷都屬于傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料(　　) 答案：(1)　(2)　(3)　(4)√ 4．下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．硅是制造太陽(yáng)能電池的常用材料 B．二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的材料 C．常溫下硅性質(zhì)活潑，可以與氯氣、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液等起反應(yīng) D．水玻璃可用作木材防火劑 分析：常溫下硅單質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，與Cl2、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等物質(zhì)均不反應(yīng)，C錯(cuò)誤。 答案：C 硅及其化合物的“特性” 物質(zhì) 一般規(guī)律 硅及其化合物特性 Si 硅還原性大于碳 2C＋SiO2Si＋2CO↑ 非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿溶液一般不產(chǎn)生H2 硅可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2 非金屬一般不與非氧化性酸反應(yīng) Si＋4HF=== SiF4↑＋2H2↑ 一般非金屬單質(zhì)為絕緣體 硅為半導(dǎo)體，常用于電子部件 SiO2 酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸 SiO2不溶于水，不與水反應(yīng) 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng) SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O “較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的一個(gè)規(guī)律，H2CO3酸性大于H2SiO3 但SiO2在高溫下有如下反應(yīng)關(guān)系： Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑ H2SiO3 無機(jī)酸一般易溶于水 硅酸和原硅酸均難溶于水 硅酸鹽 大多數(shù)硅酸鹽難溶于水 常見的可溶性硅酸鹽為Na2SiO3，水溶液俗稱水玻璃 [例1]　下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是(　　) A．晶體硅具有金屬光澤，可以導(dǎo)電，屬于金屬材料 B．常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以自然界中的硅大部分以游離態(tài)存在 C．SiO2是一種酸性氧化物，能夠與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸 D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸 [解析]　A項(xiàng)，晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質(zhì)；其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。B項(xiàng)，雖然常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但自然界中沒有游離態(tài)的硅，它主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在；C項(xiàng)，SiO2是一種酸性氧化物，但它不溶于水也不與水反應(yīng)。D項(xiàng)，SiO2不溶于稀鹽酸，可使用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，化學(xué)方程式為CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。 [答案]　D (1)F2與Si、HF與SiO2在常溫下反應(yīng)的原因是產(chǎn)物SiF4特別穩(wěn)定。 (2)SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，但SiO2不屬于兩性氧化物而屬于酸性氧化物。 單質(zhì)硅的性質(zhì)與制備 1．化學(xué)性質(zhì) (1)常溫下能與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿等反應(yīng)： 2F2＋Si===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑， Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)加熱時(shí)能與氧氣、氯氣、碳等反應(yīng)： Si＋O2SiO2，Si＋2Cl2SiCl4，Si＋CSiC。 2．制取 (1)粗硅的制取： 2C＋SiO22CO↑＋Si(粗硅)。 (2)純硅的制?。? Si(粗硅)＋2Cl2SiCl4， SiCl4＋2H2Si(純硅)＋4HCl。 [例2]　如圖中的每一方格表示相關(guān)的一種反應(yīng)物或生成物。其中B是一種單質(zhì)，其余物質(zhì)也都是有B元素的化合物。C是一種鈉鹽，E是C對(duì)應(yīng)的酸，B的結(jié)構(gòu)類似金剛石，D為B的氧化物(其他不含B元素的反應(yīng)產(chǎn)物以及各步反應(yīng)添加的必要試劑和反應(yīng)條件已被略去)，請(qǐng)?zhí)顚懣瞻祝? (1)A、D、E的化學(xué)式分別為________、________、________。 (2)A和B的互相轉(zhuǎn)化在工業(yè)上有什么實(shí)際意義？ ________________________________________________________________________。 (3)寫出D→C反應(yīng)的化學(xué)方程式： ________________________________________________________________________。 (4)寫出E→D反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________。 [解析]　本題的突破口是：“B是一種單質(zhì)”“B的結(jié)構(gòu)類似金剛石”。據(jù)此，容易推斷出B是晶體硅。硅與氯氣在加熱條件下生成SiCl4，因此，A為SiCl4。經(jīng)過分餾提純后得到純凈的SiCl4，SiCl4可以被氫氣還原得純凈的硅。根據(jù)D能轉(zhuǎn)化成B(Si)，可知D為SiO2，由此可知其他答案。 [答案]　(1)SiCl4　SiO2　H2SiO3 (2)粗硅提純 (3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (4)H2SiO3SiO2＋H2O 1．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)一)下列說法正確的是(　　) A．硅是良好的半導(dǎo)體材料，能與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應(yīng) B．二氧化硅不導(dǎo)電，能與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應(yīng) C．硅酸具有多孔性結(jié)構(gòu)，可用作吸附劑或催化劑載體 D．二氧化硅是酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)，也能與氫氧化鈉溶液反應(yīng) 解析：硅與鹽酸不反應(yīng)，A不正確；二氧化硅與鹽酸也不反應(yīng)，B不正確；具有多孔結(jié)構(gòu)，用作吸附劑或催化劑載體的是硅膠，而不是硅酸，C不正確；D項(xiàng)正確，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O,2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O。 答案：D 2．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)一)由下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)得出的結(jié)論正確的是(　　) A．由SiO2不能與水反應(yīng)生成H2SiO3，可知SiO2不是酸性氧化物 B．由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金屬性大于硅 C．CO2通入Na2SiO3溶液產(chǎn)生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3 D．SiO2可與NaOH溶液反應(yīng)，也可與氫氟酸反應(yīng)，可知SiO2為兩性氧化物 解析：SiO2是酸性氧化物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)SiO2＋2CSi＋2CO↑不能說明碳的非金屬性比硅強(qiáng)，該反應(yīng)能發(fā)生是因?yàn)樯蒀O氣體，它的放出促進(jìn)了反應(yīng)進(jìn)行，B項(xiàng)錯(cuò)誤；CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3膠體，符合強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律，證明酸性H2CO3>H2SiO3，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)中SiO2除氫氟酸外不能與其他的酸反應(yīng)，SiO2為酸性氧化物，不具有兩性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：C 3．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)二)下列關(guān)于硅的說法不正確的是(　　) A．硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體 B．硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料 C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng) D．加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng) 解析：硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料；硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、常溫下可與F2、HF、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，加熱或高溫下可與O2、Cl2等一些非金屬發(fā)生反應(yīng)。 答案：C 4．(對(duì)應(yīng)考點(diǎn)二)單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)材料?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，到2011年一個(gè)電腦芯片上將會(huì)集成10億個(gè)晶體管，其功能遠(yuǎn)比我們想象的要大得多，這對(duì)硅的純度要求很高。用化學(xué)方法可制得高純度硅，其化學(xué)方程式為： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑?、赟i＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si＋4HCl。下列對(duì)上述三個(gè)反應(yīng)的敘述中，不正確的是(　　) A．①③為置換反應(yīng) B．②為化合反應(yīng) C．①②③均為氧化還原反應(yīng) D．三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原 解析：反應(yīng)①③中硅元素被還原，反應(yīng)②中硅元素被氧化，D錯(cuò)誤。 答案：D 5．(熱點(diǎn)題)氮化硅高溫陶瓷材料是現(xiàn)代重要的結(jié)構(gòu)陶瓷，因其有硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。工業(yè)上普遍用下列流程進(jìn)行生產(chǎn)： (1)SiO2和C反應(yīng)除了得到粗硅外，還有可能得到一種硬度也很大的物質(zhì)，是生成粗硅還是生成該物質(zhì)主要是由________決定的。 (2)反應(yīng)①的條件是___________________________________________________。 (3)寫出反應(yīng)②的化學(xué)方程式：_____________________________________________。 (4)A中可能的雜質(zhì)有_____________________________________________________。 (5)現(xiàn)在是用四氯化硅、氮?dú)?、氫氣在稀有氣體保護(hù)下加強(qiáng)熱，得到純度較高的氮化硅，其反應(yīng)化學(xué)方程式為______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：SiO2與C在高溫下反應(yīng)，會(huì)因C的用量不同而使產(chǎn)物不同：SiO2＋2CSi＋2CO↑或SiO2＋3CSiC＋2CO↑；反應(yīng)①的條件是：高溫和隔絕空氣；反應(yīng)②的化學(xué)方程式：3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O；A中可能的雜質(zhì)有：NH3和H2O；得到純度較高的氮化硅的反應(yīng)方程式為：3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl。 答案：(1)C的用量　(2)高溫和隔絕空氣 (3)3CuO＋2NH33Cu＋N2＋3H2O (4)NH3和H2O (5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl (1)硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。 (2)硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃，常用于制備黏合劑、防腐劑和耐火材料。 (3)常見的無機(jī)非金屬材料有水泥、玻璃和陶瓷。 (4)硅以化合態(tài)存在于自然界中，常用作半導(dǎo)體材料和合金材料。 (5)工業(yè)制硅的原理為：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO， Si(粗)＋Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl。 一、選擇題(本題包括5小題，每小題4分，共20分) 1．下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述中不正確的是(　　) A．這是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕 B．在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料 C．木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒 D．水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì) 解析：水玻璃是一種礦物膠，可作黏合劑、耐酸水泥摻料，木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒，水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但在空氣中易與二氧化碳反應(yīng)生成硅酸。 答案：D 2．下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是(　　) ①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素?、谒?、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品　③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維?、芴沾墒侨祟悜?yīng)用很早的硅酸鹽材料 A．①②　　　　　　　　 B．②③ C．①④ D．③④ 解析：硅元素在地殼中的含量?jī)H次于氧，排第二位，是構(gòu)成巖石和礦物的基本元素，①正確；水晶飾物的材質(zhì)主要是二氧化硅，不是硅酸鹽產(chǎn)品，②錯(cuò)誤；廣泛用于制作光導(dǎo)纖維的是二氧化硅，而不是硅單質(zhì)，③錯(cuò)誤；陶瓷材料是人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料，④正確。 答案：C 3．二氧化碳通入下列溶液中，不可能產(chǎn)生沉淀的是(　　) A．氯化鈣溶液 B．石灰水 C．飽和碳酸鈉溶液 D．硅酸鈉溶液 解析：A項(xiàng)，因?yàn)辂}酸的酸性比H2CO3的酸性強(qiáng)，所以不可能產(chǎn)生沉淀；B項(xiàng)會(huì)生成CaCO3沉淀；C項(xiàng)因?yàn)镹aHCO3溶解度更小，會(huì)生成NaHCO3沉淀；D項(xiàng)會(huì)生成H2SiO3沉淀。 答案：A 4．用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中不正確的是(　　) A．鈣沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O表示為CaOAl2O33SiO23H2O B．鎂橄欖石Mg2SiO4表示為2MgO3SiO2 C．正長(zhǎng)石KAlSi3O8表示為K2OAl2O36SiO2 D．高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4表示為Al2O32SiO22H2O 解析：用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其通式為：aMxOybSiO2cH2O。當(dāng)金屬有多種時(shí)，先寫活潑金屬的氧化物，按K2O、Na2O、CaO、MgO等順序排列；各氧化物化學(xué)式之間用“”隔開；各氧化物前的計(jì)量數(shù)只能取整數(shù)；寫成氧化物后，原化學(xué)式中各元素的原子個(gè)數(shù)比應(yīng)保持不變。Mg2SiO4應(yīng)表示為2MgOSiO2，B錯(cuò)誤。 答案：B 5．世界著名的科技史專家、英國(guó)劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國(guó)至少在距今3 000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了。”下列有關(guān)普通玻璃的說法不正確的是(　　) A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英 B．玻璃在加熱熔化時(shí)有固定的熔點(diǎn) C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅 D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起 解析：普通玻璃以純堿、石灰石和石英為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得，A正確。玻璃是混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，B錯(cuò)誤。普通玻璃的大致組成為：Na2OCaO6SiO2，C正確。二氧化硅易與堿液反應(yīng)生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很強(qiáng)的黏合性，因此盛NaOH等強(qiáng)堿性溶液的試劑瓶不得用玻璃塞。 答案：B 二、非選擇題(本題包括3小題，共30分) 6．(9分)用地殼中某主要元素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在現(xiàn)代高科技中占重要位置，足見化學(xué)對(duì)現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如： (1)計(jì)算機(jī)的芯片的主要成分是________。 (2)光導(dǎo)纖維的主要成分是________。 (3)目前應(yīng)用最多的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化材料是________。 (4)用作吸附劑、干燥劑或催化劑的載體的人造分子篩大多是一類稱為________的化合物。 答案：(1)硅(或Si或單晶硅)　(2)二氧化硅(或SiO2) (3)硅(或Si) (4)鋁硅酸鹽或硅鋁酸鹽(注：此題明確是分子篩，不應(yīng)答硅膠，答硅酸鹽也不對(duì)) 7．(9分)氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮?dú)庠? 300 ℃時(shí)反應(yīng)獲得。 (1)根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是________(填字母)。 A．制汽輪機(jī)葉片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造柴油機(jī) (2)畫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖________，已知得電子能力N>Si，請(qǐng)寫出氮化硅的化學(xué)式：________________________________________________________________________。 (3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)。試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式：________________________。 解析：由氮化硅的性質(zhì)(硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定)可判斷其用途為A、C、D。有色玻璃只是在制作玻璃的過程中熔入了有顏色的化合物如Co2O3、Cu2O等；因非金屬性N>Si，故在氮化硅中，N顯－3價(jià)，Si顯＋4價(jià)，由此可寫出其化學(xué)式為Si3N4；氮化硅被氫氟酸腐蝕是由于Si3N4能與HF發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于Si與F有極強(qiáng)的親合性生成SiF4，則另一種產(chǎn)物為NH3。 答案：(1)ACD　(2) 　Si3N4 (3)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑ 8．(12分)根據(jù)下圖A、B、D、E的轉(zhuǎn)化關(guān)系，回答下列問題： (1)寫出A、D的名稱：A________，D________。 (2)寫出B→A的化學(xué)方程式：__________________________________________。 (3)寫出下列反應(yīng)的離子方程式：A→E：________________________；E→D：________________________。 解析：(1)由圖示分析：A與O2反應(yīng)生成B，而B與碳在高溫下反應(yīng)生成A，可推知A是單質(zhì)，B是氧化物。而A、B均能與NaOH溶液反應(yīng)，可確認(rèn)A是硅，B是二氧化硅，則E是硅酸鈉，D是硅酸。(2)B→A的化學(xué)方程式即工業(yè)制粗硅的化學(xué)方程式：SiO2＋2CSi＋2CO↑。(3)A→E的化學(xué)方程式為Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；E→D的化學(xué)方程式為Na2SiO3＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2NaHCO3。再將它們改寫成離子方程式即可。 答案：(1)硅　硅酸　(2)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ SiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3＋2HCO。 19