硅及其化合物教师版.docx
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硅及其化合物教师版
硅及其化合物
(一)、硅
1.硅元素在地壳中的含量排第二,在自然界中没有游离态的硅,
2.熔点高,硬度大,常温下,化学性质不活泼。
2.用途:
太阳能电池、计算机芯片以及良好的半导体材料等。
(二)、二氧化硅(SiO2):
(1)SiO2的空间结构:
SiO2直接由原子构成,不存在单个SiO2分子。
一个硅连接四个氧原子,一个氧连接两个硅原子,硅、氧原子个数比为2:
1.
(2)物理性质:
熔点高,硬度大
(3)化学性质:
SiO2常温下化学性质很不活泼,不与水、酸反应(氢氟酸除外),能与强碱溶液、氢氟酸反应,高温条件下可以与碱性氧化物反应:
①与强碱反应:
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
生成的硅酸钠,具有粘性,所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液,避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住,打不开,应用橡皮塞。
②与氢氟酸反应[SiO2的特性]:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
(利用此反应,氢氟酸能雕刻玻璃;氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放,应用塑料瓶)。
③高温下与碱性氧化物反应:
CaO+SiO2==(高温)CaSiO3
(4)用途:
光导纤维、玛瑙饰物、石英坩埚、石英钟、仪器轴承、玻璃和建筑材料等。
(三)、硅酸(H2SiO3):
(1)物理性质:
不溶于水的白色胶状物,能形成硅胶,吸附水分能力强。
(2)化学性质:
H2SiO3是一种弱酸,酸性比碳酸还要弱,但SiO2不溶于水,故不能直
接由SiO2溶于水制得,而用可溶性硅酸盐与酸反应制取:
(强酸制弱酸原理)Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3(此方程式证明酸性:
H2SiO3<H2CO3)
(3)用途:
硅胶作干燥剂、催化剂的载体。
(四)、硅酸盐
硅酸盐:
硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。
硅酸盐种类很多,大多数难溶于水,最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3,Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,又称泡花碱,是一种无色粘稠的液体,可以作黏胶剂和木材防火剂。
硅酸钠水溶液久置在空气中容易变质:
与空气中的CO2反应。
传统硅酸盐工业三大产品有:
玻璃、陶瓷、水泥。
硅酸盐由于组成比较复杂,常用氧化物的形式表示:
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
点评:
有关硅及化合物知识,在高考中主要以选择题的形式出现,考查硅及二氧化硅的用途,出现的频率很高。
一、二氧化硅和硅酸练习
1硅在自然界最主要的存在形式是( )
①硅 ②二氧化硅 ③硅酸盐
A.①② B.①③
C.②③D.①②③
[答案] C
[解析] 硅在自然界中无游离态,全部以化合态的形式存在,最主要的存在形式是二氧化硅和硅酸盐。
2.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+2CSi+2CO↑中SiO2做氧化剂
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
[答案] A
[解析] A项,SiO2不溶于水,但它能与碱反应生成硅酸盐和水,是酸性氧化物,错误;B项,在该反应中SiO2被C还原为Si,SiO2做氧化剂,正确;C项,由于SiO2是一种空间立体网状结构的物质,故熔点高,硬度大,正确;D项,SiO2能与氢氟酸反应,故常用氢氟酸刻蚀玻璃,不能用玻璃瓶盛装氢氟酸,正确。
3.下列物质的变化,能通过一步化学反应完成的是( )
A.SiO2 H2SiO3B.N2 NO2
C.Fe(OH)2 Fe(OH)3D.CO Na2CO3
[答案] C
[解析] A项SiO2不溶于水,B项N2与O2反应生成NO,C项可通过反应4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3完成,D项无法一步化学反应完成,若要完成这种转化,应:
2CO+O22CO2;CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O两步完成。
4.下列说法正确的是( )
A.SiO2溶于水显酸性
B.CO2通入水玻璃可以得到硅酸
C.由Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强
D.SiO2是酸性氧化物,它不溶于任何酸
[答案] B
[解析] SiO2不溶于水,但可溶于氢氟酸,A、D两项不正确;由于H2CO3的酸性比H2SiO3强,故CO2通入水玻璃可得到硅酸,B项正确;C项反应中是因为CO2是气体,可以脱离反应体系,与酸性强弱无关。
5.光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一,它使信息科学迅猛发展。
光导纤维的主要成分是( )
A.CaCO3B.SiO2
C.Na2SiO3D.CaSiO3
[答案] B
[解析] B项光导纤维的主要成分是SiO2,A项CaCO3是石灰石、大理石的主要成分,C项Na2SiO3是水玻璃的主要成分,D项Na2SiO3和CaSiO3都是玻璃的成分之一。
6.下列叙述正确的是( )
A.水晶、玻璃、水泥都是硅酸盐材料
B.纤维素、维生素C、聚乳酸都是高分子化合物
C.二氧化硫是导致酸雨、光化学烟雾的有害气体之一
D.赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿都是铁矿石
[答案] D
[解析] 水晶的主要成分是SiO2,A错;维生素C不是高分子化合物,B错;光化学烟雾主要是由氮的氧化物引起的,C错。
7.(2011·成都高一检测)NaOH、KOH等碱溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中( )
A
B
C
D
[答案] B
[解析] 碱可以与玻璃中的SiO2反应,因此碱液只能贮存在带橡胶塞的细口瓶中。
8.只用一种试剂可以鉴别下列溶液:
Na2CO3、Na2SiO3、Na2SO4,这种试剂是( )
A.BaCl2B.NaOH
C.酚酞溶液D.盐酸
[答案] D
[解析] 各取三种溶液少量加入盐酸后产生气泡的是Na2CO3,产生白色沉淀的是Na2SiO3,无现象的是Na2SO4。
9.如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案,则该刻蚀过程中发生的主要化学反应为( )
A.CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑
B.NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑
C.Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
D.SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
[答案] D
[解析] 玻璃中含有二氧化硅,能与氢氟酸反应生成四氟化硅。
10.素有“水晶之乡”美称的江苏东海县盛产水晶,现存于国家地质博物馆的水晶大王就出自东海县。
水晶是较纯净的透明的石英晶体,石英的主要成分是SiO2。
下列有关石英的叙述正确的是( )
A.石英都是无色透明的晶体,可以作装饰品,也可以制作光学仪器
B.石英不可以用来生产玻璃
C.石英晶体可以制取金刚砂
D.石英不可以用来制取高纯硅,可以制光导纤维
[答案] C
[解析] A项纯净的SiO2晶体水晶是无色的,而其他的石英晶体具有不同的颜色,如玛瑙。
B项生产玻璃的原料是石英、纯碱与石灰石。
C项金刚砂是SiC,可以用SiO2与过量C反应制得。
D项石英是光导纤维的材料,可以通过石英与碳得到单质Si,然后再与Cl2反应生成SiCl4,SiCl4与H2反应得到纯净的Si。
11.已知A是一种装饰品的主要成分,根据下图转化关系,回答下列问题。
(1)A用途________(任写一种),B是________,D是________。
(2)写出化学方程式
①________________________________。
④________________________________。
(3)写出离子方程式
②________________________________。
③________________________________。
⑤________________________________。
[答案]
(1)制光导纤维 Na2SiO3 H2SiO3
(2)①Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;
④H2SiO3SiO2+H2O
(3)②CO2+H2O+SiO32-===CO32-+H2SiO3↓ ③SiO2+2OH-===SiO32-+H2O ⑤SiO32-+2H+===H2SiO3↓
[解析] 由A是一种装饰品的主要成分,与纯碱反应,A可能是SiO2,SiO2与纯碱反应生成Na2SiO3和CO2,二者在水中可反应生成H2SiO3,而H2SiO3受热分解又可生成SiO2,所以A是SiO2,B是Na2SiO3,D是H2SiO3。
13.(2011·杭州二中高一期末考试)某科研小组用高岭土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O,并含少量CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)。
试验流程如下:
请回答下列问题:
(1)已知Al2O3、SiO2与纯碱的反应相似。
用化学方程式表示熔融时高岭土主要成分与纯碱发生反应的化学方程式_________________、_______________。
(2)在熔融高岭土与纯碱试样时,最好选用下列哪种仪器________(填写编号)
A.铁坩埚B.瓷坩埚
C.氧化铝坩埚D.玻璃坩埚
(3)写出上述过程中,最后得到的沉淀M的化学式______________。
[答案]
(1)Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
(2)A (3)H4SiO4(或H2SiO3)
[解析] 瓷坩埚的主要成分是:
氧化铝、二氧化硅,氧化铝坩埚的主要成分是Al2O3,玻璃坩埚的主要成分是SiO2,氧化铝和二氧化硅均与纯碱反应,所以应该用铁坩埚;氧化铝和二氧化硅与纯碱反应后的产物为NaAlO2和Na2SiO3,再加盐酸酸化AlO2-+4H+===Al3++2H2O,2H++H2O+SiO32-===H4SiO4↓===H2SiO3+H2O,所以沉淀M的化学式为H4SiO4或H2SiO3。
二、硅和硅酸盐练习
1.石灰石是许多工业的原料之一,但生产下列物质时不需要石灰石的是( )
A.硅酸 B.水泥
C.玻璃D.生石灰
[答案] A
[解析] 硅酸的制取需要硅酸盐和较强的酸,不需要石灰石。
2.赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的,这种物质是( )
A.硫酸B.烧碱
C.盐酸D.氢氟酸
[答案] D
[解析] 氢氟酸可以腐蚀玻璃,4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O。
3.硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角色,被誉为无机非金属材料的主角。
下列物品的制造用到硅单质的是( )
A.玻璃制品B.石英钟表
C.计算机芯片D.光导纤维
[答案] C
[解析] 玻璃制品的制造用到硅酸盐;石英钟表、光导纤维的制造用到二氧化硅;计算机芯片的制造用到硅单质。
4.世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说:
“中国至少在距今3000年以前,就已经使用玻璃了。
”下列有关普通玻璃的说法不正确的是( )
A.制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
[答案] B
[解析] 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融制得,A项正确。
玻璃是混合物,没有固定的熔点,B项错误。
普通玻璃的大致组成为:
Na2O·CaO·6
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