人教版高中化学必修一第9讲无机非金属材料的主角硅文档格式.docx
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②石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等。
③水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等。
④石英砂常用作制玻璃和建筑材料。
4.SiO2与CO2化学性质的比较
物 质
二氧化硅(SiO2)
二氧化碳(CO2)
与水反应
CO2+H2O
H2CO3
与酸反应
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反应
与碱反应
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+NaOH=NaHCO3
与碱性氧化物反应
CO2+Na2O=Na2CO3
与碳反应
CO2+C=2CO
知识点三.硅酸(H4SiO4、H2SiO3)
1.不稳定性:
H2SiO3
SiO2+H2O
2.极弱酸性:
不能使酸碱指示剂变色:
H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
制备:
Na2SiO3+CO2+H2O=H4SiO4↓(白色胶状)+Na2CO3
或Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl,
H4SiO4=H2SiO3+H2O(不稳定、易分解)
知识点四.硅酸盐
1.常用的硅酸盐是Na2SiO3,俗称“泡花碱”,易溶于水,其水溶液称为水玻璃,是一种矿物胶,密封保存。
可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。
2.硅酸盐改写为氧化物形式(顺序为:
较活泼金属氧化物·
金属氧化物·
二氧化硅·
水)
如高岭石Al2(Si2O5)(OH)4改写为:
Al2O3·
2SiO2·
2H2O
再如:
钾长石KAlSi3O8不能写成
K2O·
Al2O3·
3SiO2,应写成K2O·
6SiO2。
3.无机非金属材料。
①传统无机非金属材料:
陶瓷、玻璃、水泥。
水泥
玻璃
陶瓷
原料
黏土、CaCO3、石膏
纯碱、石灰石、石英
黏土
反应
原理
复杂反应原理
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
水泥的主要成分:
3CaO·
SiO2、2CaO·
SiO2、3CaO·
Al2O3
普通玻璃的主要成分:
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
②新型无机非金属材料:
高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
v特色讲解
类型一:
硅
例1.下列关于硅的说法不正确的是( )
A.硅是非金属,但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质起反应
D.当加热到一定温度时,硅能与氧气等非金属反应
解析:
硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体,A正确;
硅是良好的半导体材料,B正确;
硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应,C错误;
在加热时,硅与氧气、氯气等反应,D正确。
答案:
C
类型二:
硅的化合物
例2.在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅反应的是( )
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸
⑤浓硝酸 ⑥烧碱溶液 ⑦氧化钙 ⑧氮气
A.③⑤⑦⑧ B.⑤⑦⑧ C.⑤⑧ D.⑤
解析:
SiO2作为酸性氧化物,可与强碱和碱性氧化物反应,在常温下SiO2可与氢氟酸反应,在加热时SiO2可被焦炭还原,可与碳酸钙、纯碱反应。
例3.用4种溶液进行实验,下表中“操作及现象与溶液”对应关系错误的是()
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊不消失
Na2SiO3溶液
B
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失
NaAlO2溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
Ca(OH)2溶液
解析:
A项,Na2SiO3溶液中通入CO2发生反应:
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3(胶体),继续通CO2至过量,硅酸胶体不溶解。
B项,NaAlO2溶液通入CO2,生成不溶于水的Al(OH)3,Al(OH)3不溶于H2CO3,浑浊不消失。
C项,Ca(ClO)2溶液通CO2生成CaCO3沉淀和HClO,品红溶液遇HClO褪色;
D项,Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O,CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2+2NaOH==CaCO3↓+Na2CO3+2H2O。
B
例4.如右图所示,A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物,其中物质A是一种高熔点化合物,不溶于硫酸、硝酸,却溶于氢氟酸。
请填写以下空白。
(1)A、B、C、D的化学式分别是________、________、________、________。
(2)A→B的化学方程式是____________。
(3)C→D的离子方程式是____________。
本题主要考查SiO2的特性。
其突破口应从“A是一种高熔点的化合物,不溶于H2SO4、HNO3,却溶于氢氟酸”推断出A为SiO2,然后依此推出B为CO、C为CO2、D为H2SiO3。
(1)SiO2COCO2H2SiO3
(2)SiO2+2C
(3)SiO32―+CO2+H2O==H2SiO3+CO32-
v课堂练习
基础演练
一.填空题
1.下列说法不正确的是( )
A.因SiO2不溶于水,故SiO2不是酸性氧化物
B.在反应SiO2+2C
Si+2CO↑中SiO2作氧化剂
C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体,熔点高、硬度大
D.氢氟酸能够刻蚀玻璃,故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
2.(2014年北京第二十中学月考试题)能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是( )
A.CO2溶于水生成碳酸,SiO2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸
B.在高温条件下,SiO2和Na2CO3能发生反应:
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
C.SiO2的熔点比CO2高
D.CO2通入Na2SiO3稀溶液中,生成白色胶状沉淀,所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶
3.由下列实验事实得出的结论正确的是( )
A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3,可知SiO2不是H2SiO3的酸酐
B.由SiO2+2C
Si+2CO↑,可知碳的非金属性大于硅
C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀,可知酸性H2CO3>H2SiO3
D.SiO2可与NaOH溶液反应,也可与氢氟酸反应,可知SiO2为两性氧化物
4.证明生石灰中既混有石英,又混有石灰石的正确方法是( )
A.加入过量的盐酸,观察是否有气泡冒出
B.加入过量的烧碱溶液,观察是否有固体溶解
C.加热至高温,观察是否有气泡冒出,是否有硅酸钙生成
D.先加过量的盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现;
若有不溶物则滤出,投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解
5.将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液;
②Na2SiO3溶液;
③NaAlO2溶液;
④饱和Na2CO3溶液;
⑤Ca(OH)2溶液。
最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A.①②③④⑤ B.②③④
C.②④⑤D.①②④
6.下表各组物质中,满足下图物质一步转化关系的选项是( )
X
Y
Z
Na
NaOH
NaHCO3
Cu
CuSO4
Cu(OH)2
CO
CO2
Si
SiO2
7.(2014年聊城市第一中学月考试题)关于工业制金刚砂的反应:
SiO2+3C
SiC+2CO↑,下列说法正确的是( )
A.SiO2是氧化剂,C为还原剂
B.碳的还原性比硅强
C.氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1
D.1molSiO2参与反应时,转移4mol电子
8.下列关于SiO2性质的说法错误的是( )
A.与强碱反应:
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O,盛放碱性药品的试剂瓶不能用玻璃塞
B.与氢氟酸反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,可用来雕刻玻璃
C.高温下与碱性氧化物反应:
SiO2+CaO
CaSiO3,可用来做石英坩埚
D.与水反应:
SiO2+H2O===H2SiO3,具有酸性氧化物的通性
9.下列应用与二氧化硅的性质无关的是( )
A.氢氟酸不能用玻璃瓶盛装
B.实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞
C.可用来做石英钟、石英表,耐高温的石英玻璃
D.硅胶是常用的干燥剂及催化剂的载体
10.试管中加入3~5mLNa2SiO3饱和溶液,滴入2~3滴酚酞试液,再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸,边滴边振荡,至红色变浅并接近消失停止,下列解释错误的是( )
A.发生的反应为Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓+2NaCl
B.滴加酚酞呈红色,说明硅酸钠溶液呈碱性
C.盐酸的酸性比硅酸强
D.盐酸的酸性比硅酸弱
11.下列说法正确的是( )
A.SiO2是酸性氧化物,它可以与强碱反应,但不能与所有的酸反应
B.根据反应SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2↑,可推知硅酸的酸性比碳酸的强
C.CO2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸
D.CO2与SiO2均可溶于水生成相应的酸
12.下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A.工业上用二氧化硅制取单质硅时,理论上1molC能置换出1molSi
B.二氧化硅具有酸性氧化物的通性
C.二氧化硅能与碱反应,不能与任何酸反应
D.由于硅酸比碳酸的酸性弱,故二氧化硅不能与碳酸钠反应
二.填空题
13.某学生设计了如下图所示的装置,一次实验即可达到比较HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱的目的(不必选其他酸性物质)。
请据此回答:
(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液,分液漏斗所盛试剂为________。
(2)装置B所盛试剂是________,其作用是_________________。
(3)装置C所盛试剂是________,C中反应的离子方程式是__________________________________________。
14.A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成,且四种化合物中阴、阳离子各不相同。
阴离子
Cl-、SiO
、OH-、NO
阳离子
H+、Ag+、Na+、K+
已知:
A溶液呈强酸性,且A溶液与B、C溶液混合均产生白色沉淀,B的焰色反应呈黄色。
回答下列问题:
(1)写出A、B、C、D的化学式:
A__________,B__________,C__________,
D__________。
(2)写出A溶液与B溶液反应的离子方程式:
______________________________________。
(3)请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号:
试剂瓶序号
巩固提高
一.选择题
1.下列叙述中,正确的是( )
A.自然界中存在大量的单质硅
B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅
C.二氧化硅的化学性质活泼,能跟酸或碱的溶液发生化学反应
D.自然界中硅元素都存在于石英中
2.下列关于二氧化硅的说法中正确的是( )
A.二氧化硅溶于水所得溶液能使紫色石蕊溶液变为红色
B.二氧化碳通入硅酸钠溶液中可得白色胶状沉淀硅酸
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸酸性比碳酸强
D.二氧化硅是酸性氧化物,不溶于任何酸溶液
3.下列物质:
①氢氟酸,②浓H2SO4,③烧碱溶液,
④Na2CO3固体,⑤氧化钙,⑥浓HNO3,其中在一定条件下能与SiO2反应的有( )
A.①②⑥ B.②③⑥
C.①③④⑤D.全部
4.熔融氢氧化钠所选用的器皿是( )
A.陶瓷坩埚B.石英坩埚
C.普通玻璃坩埚D.生铁坩埚
5.下列关于硅酸的说法正确的是( )
A.硅酸可以通过SiO2和水的化合反应制得
B.用反应Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3(胶体)制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的原理
C.硅酸难溶于水,不能与NaOH溶液反应
D.硅胶可用作袋装食品的干燥剂
6.(双选)下列物质的变化,不能通过一步化学反应完成的是( )
A.SiO2→Na2SiO3
B.SiO2→H2SiO3
C.SiO2→CaSiO3
D.Na2SiO3→SiO2
7.下列说法中正确的是( )
A.SiO2分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的
B.盛放NaOH溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞,是因为玻璃中含有SiO2,SiO2能与NaOH溶液反应
C.C和Si属于同一主族,所以CO2和SiO2性质相似
D.因为SiO2不能与水反应生成酸,所以SiO2不属于酸性氧化物
8.(2015年上海高考题改编)下列反应的离子方程式中,不正确的是( )
A.二氧化硅和氢氟酸反应:
SiO2+4H+===Si4++2H2O
B.二氧化硅和氢氧化钾溶液反应:
SiO2+2OH-===SiO
+H2O
C.水玻璃中滴入盐酸:
SiO
+2H+===H2SiO3↓
D.碳酸钡滴加稀硝酸:
BaCO3+2H+===Ba2++H2O+CO2↑
9.如何用所提供的试剂和方法除去各混合物粉末中的杂质(括号内为杂质)?
将所选答案的编号填入表中相应的空格内(如果不需补加试剂,则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂:
A.盐酸;
B.NaOH溶液;
C.O2;
D.H2O;
E.CO2
可供选择的操作:
①分液;
②加热;
③过滤;
④结晶
序号
粉末状混合物
所加试剂
主要操作
(1)
SiO2(CaCO3)
(2)
CaCO3(SiO2)
(3)
NaCl(SiO2)
(4)
SiO2(Fe2O3)
(5)
SiO2(H2SiO3)
(6)
SiO2(Na2SO4)
10.已知下列物质有如图所示转化关系,水和部分产物已略去。
①X为不溶于水的坚硬固体,Z无固定熔点,是现代建筑中不可缺少的装饰材料;
②无色气体A是引起温室效应的主要气体;
③B、D均为难溶于水的白色固体;
④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质。
据此回答下列问题:
(1)B的化学式是________,F的名称是______。
(2)由X、Y制F的过程中,Y作________(填“氧气”或“还原”)剂。
(3)转化①的化学方程式为________________。
(4)转化②(A少量)的离子方程式为________。
v课堂检测
1.下列关于硅和硅的化合物的叙述,不正确的是( )
①二氧化硅的晶体结构与金刚石相似,都是立体网状结构
②硅是地壳中含量最多的非金属元素
③晶体硅是良好的半导体材料
④二氧化硅是制造光导纤维的重要原料
⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的
⑥SiO2是酸性氧化物,它可溶于水生成硅酸
A.①②⑥ B.①⑤⑥
C.③④⑤⑥D.②⑤⑥
2.下列说法正确的是( )
①二氧化硅熔点很高,可用作耐高温材料,如高温下用石英坩埚熔融氢氧化钠
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,水泥是硅酸盐材料
④碳化硅俗称金刚砂,具有金刚石的结构,硬度大,可作砂轮的磨料
⑤太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于环保、节能
A.①②③B.②③④
C.③④⑤D.②③⑤
3.(2019年兰州市第一中学月考试题)下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )
A.在粗硅的制取中发生反应2C+SiO2
2CO↑+Si,硅被还原,所以碳的还原性大于硅的
B.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞的试剂瓶中
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2
CO2↑+Na2SiO3可知,硅酸的酸性大于碳酸的
4.下列关于碳和硅的比较,正确的是( )
A.它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸
B.碳和硅的最高正价都是+4价
C.硅元素在地壳中的含量占第二位,碳占第一位
D.碳和硅在自然界的存在形式都是既有游离态也有化合态
5.材料与化学密切相关,表中对应关系错误的是( )
材料
主要化学成分
刚玉、金刚石
三氧化二铝
大理石、石灰石
碳酸钙
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
沙子、石英
二氧化硅
6.下列有关硅酸盐的说法错误的是( )
A.硅酸盐的种类很多,结构也很复杂,通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成
B.硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下,风化为黏土,并且形成土壤胶体
C.水玻璃长期暴露在空气中会变质,这是因为水玻璃主要发生了氧化还原反应
D.传统无机非金属材料的优缺点:
抗腐蚀、耐高温,质脆、经不起冲击
7.下列材料的特性及用途的说法中不正确的是( )
A.光导纤维传导光的能力很强,是非常好的通讯材料
B.氧化铝陶瓷具有两性,不可以用于制耐高温设备
C.氮化硅陶瓷耐高温且不易传热,可用来制造轴承
D.人造刚玉硬度高,可用来制造刚玉球磨机
8.用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下:
①SiO2+2C
Si(粗)+2CO↑
②Si(粗)+2Cl2
SiCl4
③SiCl4+2H2
Si(纯)+4HCl
下列关于上述反应的分析不正确的是( )
A.①③属于置换反应,②属于化合反应
B.高温下焦炭与氢气的还原性均强于硅的
C.任一反应中,每消耗或生成28g硅,均转移4mol电子
D.高温下将石英、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
9.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.⑥⑧B.①②⑦⑧
C.①②③④⑤⑦D.全部
10.不用任何试剂就可以将①Na2SiO3,②Na2SO4,
③CuCl2,④KCl,⑤Ba(NO3)2,五种溶液鉴别出来的顺序是( )
A.③④⑤①②B.③①⑤②④
C.①③④②⑤D.③②①⑤④
11.(2015年高考试题广东卷改编)工业上常用SiO2与C在高温下发生反应制造粗硅,粗硅中含有SiC,其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1。
下列说法正确的是( )
A.SiC是一种新型无机非金属材料,任何条件下都不可能在空气中燃烧
B.制造粗硅时的反应:
2SiO2+5C高温,Si+SiC+4CO↑
C.Si、SiO2能用NaOH溶液分离
D.纯净的SiO2只能用于制造光导纤维
12.(双选)有一粗铝,含铁和硅两种杂质。
取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中,放出等量的H2,则该粗铝中铁和硅的关系正确的是( )
A.物质的量比为1∶1B.物质的量比为2∶1
C.质量比为4∶1D.质量比为2∶1
13.硅单质及其化合物应用范围很广。
请回答下列问题。
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。
三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式:
_________________________________________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。
SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式:
______________________________________;
H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是_____________________________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。
A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥
B.氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高
E.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
14.在电子工业中利用镁制取硅的反应为:
2Mg+SiO2
2MgO+Si,同时会发生副反应:
2Mg+Si
Mg2Si,Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷),SiH4在常温下是一种不稳定、易自燃的气体。
下图是进行Mg与SiO2反应的实验装置。
试回答下列问题:
(1)由于O2的存在对该实验有较大影响,实验中应通入X气体作为保护气。
试管中的固体药品可选用________(填序号)。
①石灰石 ②锌粒 ③纯碱
(2)实验开始时,必须先通入X气体,再加热反应物,其理由是_____________________________。
(3)反应结束后,待冷却至常温时,往反应后的混合物中加入稀盐酸,可观察到闪亮的火星,产生此现象的原因用化学方程
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