高中化學人教版必修1精講精練 第4章第1講 無機非金屬材料的主角—硅

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第一課時　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反應的化學方程式為：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，對應的酸為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Si周圍結(jié)合4個O，每個O周圍有2個Si，Si∶O＝1∶2。 3．物理性質(zhì) SiO2的熔點高，硬度大，不溶于水。 4．化學性質(zhì) 5．用途 (1)沙子是基本的建筑材料。 (2)純凈的SiO2是現(xiàn)代光學及光纖制品的基本原料，可以制作光導纖維。 (3)石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。 (4)實驗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．化學性質(zhì) (1)弱酸性： 向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體， 化學方程式為：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓， 結(jié)論(酸性)：H2SiO3H2SiO3(　　) 答案：(1)　(2)√　(3)　(4)　(5)√ 3．長距離聯(lián)網(wǎng)所使用的傳輸速度快、信息量大的線路，其材料的主要化學成分為________，該材料的名稱是________。這種材料被埋在地下時，如果裸露在堿性土壤中，會導致斷路，用離子方程式說明原因：__________________________________________。 答案：SiO2　光導纖維　SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 4．下列關(guān)于硅酸的敘述，錯誤的是(　　) A．硅酸是一種很弱的酸 B．硅酸可由二氧化硅與水反應制得 C．硅酸不穩(wěn)定，加熱脫水會生成二氧化硅 D．硅酸可以由可溶性硅酸鹽與鹽酸反應制得 解析：二氧化硅對應的酸雖然是硅酸，但是由于二氧化硅不溶于水也不與水反應，所以B項錯誤。 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、沸點低，溶于水 固體，熔、沸點高，硬度大，不溶于水 化學性質(zhì) 與堿 2NaOH＋CO2=== Na2CO3＋H2O SiO2＋2NaOH === Na2SiO3＋H2O 與水 CO2＋H2OH2CO3 不反應 與碳 C＋CO22CO 2C＋SiO2 Si＋2CO↑ 與氫氟酸 不反應 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．因為CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強 C．CO2和SiO2都能與碳反應，且都作氧化劑 D．SiO2晶體熔、沸點高，硬度大，故可用于制做光導纖維 [解析]　CO2的熔、沸點低，溶于水，SiO2的熔、沸點高，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；CaCO3和SiO2反應是SiO2的特殊性質(zhì)，不能說明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B錯；SiO2晶體在光學方面的特性，決定了其可制做光導纖維，D錯。 [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，但SiO2不溶于水也不與水反應；SiO2與氫氟酸能反應，但CO2不與酸反應。 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和水的化合反應直接制得 B．用反應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．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應 D．硅膠可用作袋裝食品的干燥劑 [解析]　SiO2不能與水反應生成硅酸，A錯；B中反應是利用了強酸制弱酸的性質(zhì)，B錯；硅酸雖難溶于水，但可與強堿溶液反應生成硅酸鹽，C錯。 [答案]　D H2SiO3雖然是SiO2相應的水化物，但因SiO2不溶于水，制備H2SiO3時，應使用可溶性硅酸鹽與酸性比硅酸強的酸反應制取。 1．(對應考點一)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與水反應分別生成相應的酸 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錯誤；SiO2與CO2都是酸性氧化物，A正確，C錯誤；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錯誤。 答案：A 2．(對應考點一)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，SiO2不溶于水，但它能與堿反應生成硅酸鹽和水，是酸性氧化物，錯誤；B項，在該反應中SiO2被C還原為Si，SiO2作氧化劑，正確；C項，由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，故熔點高，硬度大，正確；D項，SiO2能與氫氟酸反應，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．(對應考點二)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．(對應考點二)碳酸的酸性比硅酸強，某化學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驗事實是(　　) 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可證明碳酸的酸性比硅酸強。 答案：B 5．(實驗題)為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱，某學生設(shè)計了如圖所示的裝置，一次實驗即可達到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請據(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)強酸＋弱酸鹽―→弱酸＋強酸鹽分析可知，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強于H2CO3，然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反應為Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判斷酸性H2CO3>H2SiO3，但需注意的是A中反應會有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，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 解析：水晶的主要成分為SiO2，A項正確；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，C項正確；SiO2可以與氫氟酸反應，D項不正確。 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：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，二氧化硅與燒堿溶液反應生成硅酸鈉和水，故A、B、C均錯誤。 答案：D 3．下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學反應完成的是(　　) 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，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2與強堿反應制得可溶性硅酸鹽后，再與酸反應才能制得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，也可以制作光學儀器 B．石英晶體中每個Si周圍結(jié)合4個O，每個O周圍結(jié)合2個Si C．石英制作的光導纖維在強堿性條件下易發(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。石英是光導纖維的材料，通過石英與碳反應可以得到單質(zhì)Si，然后再與Cl2反應生成SiCl4，SiCl4與H2反應得到純凈的Si。 答案：BC 5．在一定條件下，下列物質(zhì)不能和SiO2反應的是(　　) ①焦炭?、诩儔A　③碳酸鈣?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}　⑧氟氣 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，⑥、⑦能反應；二氧化硅與純堿(或碳酸鈣)在高溫下能發(fā)生反應，②、③能反應；二氧化硅在高溫下還能與焦炭發(fā)生置換反應，①能反應；二氧化硅作為一種特殊的氧化物還能與氟氣、氫氟酸反應，④、⑧能反應；二氧化硅與硝酸不反應，⑤不能反應。 答案：D 二、非選擇題(本題包括3小題，共30分) 6．(8分)指出下列反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質(zhì)或作用，在A～E選項中選擇正確答案填入括號內(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 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。 答案：(1)C　(2)B　(3)D　(4)A 7．(11分)下表中括號內(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為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)。請?zhí)羁眨? (1)形成單質(zhì)A的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為________，它的最高化合價為________。 (2)B的化學式(分子式)為________。B和碳反應生成A和E的化學方程式是________________________。 (3) C的化學式為________，D的化學式為________。 解析：“A為地殼中含量僅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)系進行驗證。 答案：(1) 　＋4　(2)SiO2　SiO2＋2CSi＋2CO↑　(3)CaSiO3　Na2SiO3 第二課時　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)用化學方程式表示： ①氫氟酸刻玻璃：4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。 ②SiO2與NaOH溶液反應： 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 硬度 質(zhì)地 導電性 灰黑色固體 金屬光澤 高 大 脆 半導體 (2)化學性質(zhì)：在常溫下化學性質(zhì)不活潑，但能與F2、HF、強堿發(fā)生反應。 3．用途 (1)半導體材料，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“√”，錯誤的打“”) (1)硅酸鹽一般易溶于水，化學性質(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)的無機非金屬材料(　　) 答案：(1)　(2)　(3)　(4)√ 4．下列說法錯誤的是(　　) A．硅是制造太陽能電池的常用材料 B．二氧化硅是制造光導纖維的材料 C．常溫下硅性質(zhì)活潑，可以與氯氣、強酸、強堿溶液等起反應 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、強酸、強堿等物質(zhì)均不反應，C錯誤。 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)與強堿溶液一般不產(chǎn)生H2 硅可與強堿溶液反應產(chǎn)生H2 非金屬一般不與非氧化性酸反應 Si＋4HF=== SiF4↑＋2H2↑ 一般非金屬單質(zhì)為絕緣體 硅為半導體，常用于電子部件 SiO2 酸性氧化物一般與水反應生成相應的酸 SiO2不溶于水，不與水反應 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復分解反應 SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O “較強酸制較弱酸”是復分解反應的一個規(guī)律，H2CO3酸性大于H2SiO3 但SiO2在高溫下有如下反應關(guān)系： Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑ H2SiO3 無機酸一般易溶于水 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，可以導電，屬于金屬材料 B．常溫下，硅的化學性質(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，能夠與水反應生成相應的酸 D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入適量的稀鹽酸 [解析]　A項，晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質(zhì)；其導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料。B項，雖然常溫下硅的化學性質(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，SiO2是一種酸性氧化物，但它不溶于水也不與水反應。D項，SiO2不溶于稀鹽酸，可使用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，化學方程式為CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。 [答案]　D (1)F2與Si、HF與SiO2在常溫下反應的原因是產(chǎn)物SiF4特別穩(wěn)定。 (2)SiO2既能與NaOH溶液反應，也能與氫氟酸反應，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．化學性質(zhì) (1)常溫下能與氟氣、氫氟酸、強堿等反應： 2F2＋Si===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑， Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)加熱時能與氧氣、氯氣、碳等反應： Si＋O2SiO2，Si＋2Cl2SiCl4，Si＋CSiC。 2．制取 (1)粗硅的制?。? 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對應的酸，B的結(jié)構(gòu)類似金剛石，D為B的氧化物(其他不含B元素的反應產(chǎn)物以及各步反應添加的必要試劑和反應條件已被略去)，請?zhí)顚懣瞻祝? (1)A、D、E的化學式分別為________、________、________。 (2)A和B的互相轉(zhuǎn)化在工業(yè)上有什么實際意義？ ________________________________________________________________________。 (3)寫出D→C反應的化學方程式： ________________________________________________________________________。 (4)寫出E→D反應的化學方程式：________________________________________。 [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．(對應考點一)下列說法正確的是(　　) A．硅是良好的半導體材料，能與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應 B．二氧化硅不導電，能與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應 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，也能與氫氧化鈉溶液反應 解析：硅與鹽酸不反應，A不正確；二氧化硅與鹽酸也不反應，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項正確，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O,2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O。 答案：D 2．(對應考點一)由下列實驗事實得出的結(jié)論正確的是(　　) A．由SiO2不能與水反應生成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，也可與氫氟酸反應，可知SiO2為兩性氧化物 解析：SiO2是酸性氧化物，A項錯誤；反應SiO2＋2CSi＋2CO↑不能說明碳的非金屬性比硅強，該反應能發(fā)生是因為生成CO氣體，它的放出促進了反應進行，B項錯誤；CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3膠體，符合強酸制弱酸的規(guī)律，證明酸性H2CO3>H2SiO3，C項正確；D項中SiO2除氫氟酸外不能與其他的酸反應，SiO2為酸性氧化物，不具有兩性，D項錯誤。 答案：C 3．(對應考點二)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．硅的導電性能介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料 C．硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應 D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應 解析：硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料；硅的化學性質(zhì)穩(wěn)定、常溫下可與F2、HF、強堿溶液反應，加熱或高溫下可與O2、Cl2等一些非金屬發(fā)生反應。 答案：C 4．(對應考點二)單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)材料?？茖W家預計，到2011年一個電腦芯片上將會集成10億個晶體管，其功能遠比我們想象的要大得多，這對硅的純度要求很高。用化學方法可制得高純度硅，其化學方程式為： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑?、赟i＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si＋4HCl。下列對上述三個反應的敘述中，不正確的是(　　) A．①③為置換反應 B．②為化合反應 C．①②③均為氧化還原反應 D．三個反應的反應物中硅元素均被還原 解析：反應①③中硅元素被還原，反應②中硅元素被氧化，D錯誤。 答案：D 5．(熱點題)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、熔點高、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點而受到廣泛關(guān)注。工業(yè)上普遍用下列流程進行生產(chǎn)： (1)SiO2和C反應除了得到粗硅外，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①的條件是___________________________________________________。 (3)寫出反應②的化學方程式：_____________________________________________。 (4)A中可能的雜質(zhì)有_____________________________________________________。 (5)現(xiàn)在是用四氯化硅、氮氣、氫氣在稀有氣體保護下加強熱，得到純度較高的氮化硅，其反應化學方程式為______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：SiO2與C在高溫下反應，會因C的用量不同而使產(chǎn)物不同：SiO2＋2CSi＋2CO↑或SiO2＋3CSiC＋2CO↑；反應①的條件是：高溫和隔絕空氣；反應②的化學方程式：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，水玻璃的化學性質(zhì)穩(wěn)定，但在空氣中易與二氧化碳反應生成硅酸。 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?、鄹呒兌鹊墓鑶钨|(zhì)廣泛用于制作光導纖維?、芴沾墒侨祟悜煤茉绲墓杷猁}材料 A．①②　　　　　　　　 B．②③ C．①④ D．③④ 解析：硅元素在地殼中的含量僅次于氧，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錯誤；廣泛用于制作光導纖維的是二氧化硅，而不是硅單質(zhì)，③錯誤；陶瓷材料是人類應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，因為鹽酸的酸性比H2CO3的酸性強，所以不可能產(chǎn)生沉淀；B項會生成CaCO3沉淀；C項因為NaHCO3溶解度更小，會生成NaHCO3沉淀；D項會生成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。當金屬有多種時，先寫活潑金屬的氧化物，按K2O、Na2O、CaO、MgO等順序排列；各氧化物化學式之間用“”隔開；各氧化物前的計量數(shù)只能取整數(shù)；寫成氧化物后，原化學式中各元素的原子個數(shù)比應保持不變。Mg2SiO4應表示為2MgOSiO2，B錯誤。 答案：B 5．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今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．玻璃在加熱熔化時有固定的熔點 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，B錯誤。普通玻璃的大致組成為：Na2OCaO6SiO2，C正確。二氧化硅易與堿液反應生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很強的黏合性，因此盛NaOH等強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，足見化學對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如： (1)計算機的芯片的主要成分是________。 (2)光導纖維的主要成分是________。 (3)目前應用最多的太陽能電池的光電轉(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，不應答硅膠，答硅酸鹽也不對) 7．(9分)氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮氣在1 300 ℃時反應獲得。 (1)根據(jù)性質(zhì)，推測氮化硅陶瓷的用途是________(填字母)。 A．制汽輪機葉片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造柴油機 (2)畫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖________，已知得電子能力N>Si，請寫出氮化硅的化學式：________________________________________________________________________。 (3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應。試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學方程式：________________________。 解析：由氮化硅的性質(zhì)(硬度大、熔點高、化學性質(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，Si顯＋4價，由此可寫出其化學式為Si3N4；氮化硅被氫氟酸腐蝕是由于Si3N4能與HF發(fā)生化學反應，由于Si與F有極強的親合性生成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的化學方程式：__________________________________________。 (3)寫出下列反應的離子方程式：A→E：________________________；E→D：________________________。 解析：(1)由圖示分析：A與O2反應生成B，而B與碳在高溫下反應生成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，可確認A是硅，B是二氧化硅，則E是硅酸鈉，D是硅酸。(2)B→A的化學方程式即工業(yè)制粗硅的化學方程式：SiO2＋2CSi＋2CO↑。(3)A→E的化學方程式為Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；E→D的化學方程式為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