4.1.2硅酸盐和硅单质课时作业
一、选择题(每小题4分，共48分)
1．下列说法错误的是( )
A．铅笔芯的主要原料是石墨，儿童使用时不会引起中毒
B．CO有毒，生有煤炉的居室可放置数盆清水，能有效地吸收CO，防止煤气中毒
C．“汽水”浇灌植物有一定的道理，其中CO2的释放，有利于植物的光合作用
D．硅的提纯与应用，促进了半导体元件与集成芯片业的发展，可以说“硅是信息技术革命的催化剂”
解析：CO难溶于水，水无法吸收CO，不能防止煤气中毒，故B错误。
答案：B
2．下列表述正确的是( )
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅 ②化学家采用玛瑙研体摩擦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夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 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．①②③ B．②④
C．③④⑤ D．③⑤
解析：人造刚玉的主要成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是二氧化硅；水泥的主要成分是硅酸盐；变色玻璃是含有溴化银(或氯化银)和微量氧化亚铜的玻璃；太阳能电池的使用开辟了新的能源，有利于环保和节能，故正确答案为D。
答案：D
3．下列有关说法正确的是( )
A．硅酸钠溶液与醋酸混合的离子方程式为SiO＋2H＋===
H2SiO3↓
B．向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强
C．SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维
D．单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料
解析：CH3COOH是弱电解质，不能写为离子形式，正确的离子方程式为SiO＋2CH3COOH===H2SiO3↓＋2CH3COO－，A错误；根据强酸制弱酸的原理，应该是H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，B错误；SiO2没有导电性，SiO2可以用于制备光导纤维，C错误；单质硅是半导体材料，利用硅制成的光电池可将太阳能直接转变为电能，D正确。
答案：D
4．歌曲《青花瓷》中所描绘的“屏层鸟绘的牡丹一如你梳妆”、“色白花青的景已跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( )
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱
D．x等于6
答案：C
5．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＋SiO22CO↑＋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＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知，硅酸的酸性大于碳酸的
解析：Si的还原性比C的强，但能发生反应2C＋SiO22CO↑＋Si，H2CO3的酸性比H2SiO3的强，但能发生反应Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3，其原因是这两个反应均在高温下进行，且产物中均有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，A、D错误；实验室中不能用磨口玻璃塞盛放呈碱性的液体，如NaOH溶液、Na2SiO3溶液、Na2CO3溶液等，B错误；SiO2不能与水直接反应，所以制取硅酸只能用可溶性硅酸盐与CO2或酸反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，C正确。
答案：C
6．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．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态
解析：SiO2不溶于水也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素。答案为B。
答案：B
7．将足量CO2气体通入水玻璃中，然后加热蒸干，在高温下充分煅烧，最后所得的固体物质是( )
A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2
解析：该过程中涉及的反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3，H2SiO3SiO2＋H2O,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，故最后所得的固体物质是Na2SiO3。
答案：A
8．常温下，下列物质不发生反应的一组是( )
①硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 ④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与NaOH溶液 ⑥二氧化硅与浓硝酸
A．①②④ B．③④⑥
C．②⑤⑥ D．②④⑥
解析：硅在常温下只能与F2、氢氟酸、NaOH溶液发生反应；二氧化硅与碳酸钠在高温下能反应；二氧化硅是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应，但不能与HNO3反应，故D选项符合题意。
答案：D
9．某溶液中可能含有K＋、SO、CO、HCO、SiO，向该溶液中加入稀盐酸，产生白色浑浊和无色无味气体。下列说法正确的是( )
A．无法判断该溶液中是否含有K＋
B．该溶液中一定含有K＋、SiO，可能含有HCO
C．该溶液中无SO，一定含有CO
D．该溶液中可能含有K＋和CO
解析：向该溶液中加入稀盐酸，产生白色浑浊和无色无味气体，则说明该溶液中一定含有SiO，可能含有CO或HCO。由溶液呈电中性可知，该溶液中一定含有K＋。
答案：B
10．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。科学家预计，到2011年一个电脑芯片上将会集成10亿个晶体管，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为：
①SiO2＋2C高温,Si＋2CO ②Si＋2Cl2△,SiCl4 ③SiCl4＋2H2△,Si＋4HCl。下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是( )
A．①③为置换反应
B．②为化合反应
C．①②③均为氧化还原反应
D．三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析：反应①③中硅元素被还原，反应②中硅元素被氧化，D错误。
答案：D
11.图为北京奥运会的奖牌——“金镶玉”牌，使用了昂贵的玉石材料，其化学成分多为含水钙镁硅酸盐，如Ca2Mg5Si8O22(OH)2等。下列说法正确的是( )
A．Ca2Mg5Si8O22(OH)2可用氧化物的形式表示为2CaO·5MgO·
8SiO2·H2O
B．从分类的角度看，Ca2Mg5Si8O22(OH)2为氧化物
C．玉石材料性质稳定，耐强酸和强碱的腐蚀
D．Ca2Mg5Si8O22(OH)2易溶于水
解析：Ca2Mg5Si8O22(OH)2属于盐类，易被强酸腐蚀，不溶于水，其化学式可以用氧化物的形式表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O，故只有A项正确。
答案：A
12．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
解析：根据SiC中元素的价态可知，SiC具有还原性，高温下能在空气中燃烧生成SiO2和CO2，A项错误。粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1:1，根据原子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO2＋5C高温,Si＋SiC＋4CO↑，B项正确。Si、SiO2均能与NaOH溶液反应，C项错误。纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等，D项错误。
答案：B
二、非选择题(共52分)
13．(10分)氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。
(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。
A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应
B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐
C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料
D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅
(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3:6:2反应生成两种化合物。
①该反应的化学方程式为_____________________________。
②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。
解析：(1)SiO2与N2、C反应前后，N、C元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。
(2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应：3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，分析各元素化合价变化可知，Si、O元素反应前后化合价没有变化，氮元素价态降低，为氧化剂，碳元素价态升高为还原剂，其质量比为2 mol×28 g/mol:(6 mol×12 g/mol)＝7:9。
答案：(1)AC
(2)①3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO
②7?9
14．(10分)元代青花瓷的制作原料采用瓷土加高岭土[主要成分Al2Si2O5(OH)x]的“二元配方”，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300 ℃左右高温一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。
(1)下列说法正确的是________。
A．高岭土化学式中x＝2
B．钾长石能完全溶于盐酸
C．烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化，但没有化学变化
D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
(2)工业上可利用海边石英砂生产粗硅，其主要原理：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑。
工业上可通过下图所示流程由粗硅进一步制纯硅：
①反应a的化学方程式为Si(粗)＋3HCl(g)SiHCl3(l)＋H2(g)，反应b的化学方程式为______________________________。
②以上工艺中可循环使用的物质是________。
③若上述两步反应中硅元素的利用率均为80%，制粗硅时有10%的SiO2转化为SiC，则生产25.2吨纯硅需纯度为75%石英砂________吨。
解析：(1)根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得2×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋x·(－2＋1)＝0，解得x＝4，A错误；将KAlSi3O8改写为氧化物形式为K2O·Al2O3·6SiO2，SiO2不能与盐酸反应，B错误；根据传统硅酸盐的制造过程可知，烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化，C错误；青花瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品，D正确。
(2)①根据元素守恒可知，反应b的反应物为SiHCl3、H2，生成物为Si(纯)、HCl：SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。②根据反应a、b可知，反应a产生的H2是反应b的反应物，反应b产生的HCl是反应a的反应物，所以H2、HCl是可循环使用的物质。③由硅原子守恒，×(1－10%)×80%×80%＝，得m＝125(吨)。
答案：(1)D
(2)①SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl
②H2、HCl ③125
15．(10分)A元素的单质是重要的半导体材料，含A元素的化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。
(1)A的原子结构示意图为________。
(2)易与C发生化学反应的酸是________，发生反应的化学方程式是________________。
(3)C与纯碱混合高温熔融时，发生化学反应生成D，同时还生成氧化物B；将全部的B与全部的D在足量的水中混合，又发生化学反应生成含A的化合物E。写出生成D和E的化学方程式__________
______________________________________________________________________________________________________________________。
(4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是________。
解析：(1)A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅。
(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。
(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，碳酸的酸性强于硅酸的，故在水溶液中能发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
(4)CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过关系式CaCO3～CO2列式求解。
答案：(1)
(2)氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
(4)50%
16．(11分)某化学兴趣小组的成员捡到一块矿石，观察外观发现该矿石坚硬且呈红褐色，投入水中没有任何变化，再向水中加浓盐酸至过量，矿石部分溶解，并有大量无色气体产生。该兴趣小组的同学们猜测该矿石可能由CaCO3、SiO2、Fe2O3三种成分组成，试设计实验证明该矿石含除CaCO3以外的两种成分。
仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、滴管、药匙、漏斗；2 mol·L－1盐酸、2 mol·L－1 NaOH溶液、2% KSCN溶液。
(1)将实验方案用如图所示流程图表示，试写出每步所用试剂的名称或化学式。
试剂Ⅰ________；试剂Ⅱ________；试剂Ⅲ________。
(2)如果猜测是成立的，试根据上述实验方案，完成实验操作、预期现象与结论。
编号 实验操作 预期现象与结论
① 取适量矿石研细，加足量2 mol·L－1盐酸 有大量无色气体产生，得棕黄色溶液，且仍有少量固体残留
②
③
④
解析：Fe2O3可溶于盐酸转化为Fe3＋，可用SCN－检验Fe3＋的存在，从而说明矿石中含有Fe2O3。SiO2不溶于盐酸，作为残渣被滤出；为进一步确认，加入NaOH溶液，充分反应后再加盐酸，若有白色胶状沉淀生成，则说明矿石中含有SiO2。
答案：(1)2% KSCN溶液 2 mol·L－1 NaOH溶液
2 mol·L－1盐酸
(2)
② 取操作①所得溶液少许于试管中，并滴加几滴2% KSCN溶液 溶液变为红色，说明矿石中含有Fe2O3
③ 取操作①所得残余固体适量置于烧杯中，加入足量2 mol·L－1 NaOH溶液，充分搅拌 残余固体溶解完全，并得无色溶液
④ 取操作③所得无色溶液少许于试管中，用胶头滴管滴入2 mol·L－1盐酸至过量 有白色胶状沉淀生成，且不溶于过量盐酸，说明矿石中含有SiO2
17.(11分)已知硅能与碱反应生成氢气，将镁、铝、硅的混合物分为等质量的两份，一份跟足量的NaOH溶液反应，另一份跟足量的盐酸反应，最终产生的H2一样多，则镁与硅的物质的量之比为多少？
解析：Mg不和NaOH反应，所以
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
Si不和HCl反应，所以
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑。
因为产生的H2一样多，等量的Al分别产生的H2是1:1，
所以Si和Mg产生的氢气就该是1:1，
所以由方程式得n(Mg)?n(Si)＝2:1。
答案：2:14.1.2硅酸盐和硅单质基础巩固训练
1．下列关于硅的说法中，不正确的是( )
A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，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反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
解析：硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。
答案：C
2．高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)是制造瓷器的主要原料，其组成可以表示为Al2Si2Ox(OH)y。其中x、y的数值分别是( )
A．7、2 B．5、4
C．6、3 D．3、6
解析：先根据氢原子守恒，得到y＝4；再根据氧原子守恒，得出x＝5。
答案：B
3．下列关于硅酸盐的说法正确的是( )
A．硅酸盐中的阴离子都是SiO
B．硅酸盐都难溶于水
C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的
D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂
解析：只有很简单的硅酸盐中的阴离子才是SiO，A错；简单的硅酸盐可溶于水，B错。用氧化物的形式表示硅酸盐的组成是为了简化、直观，并不是说硅酸盐就是由氧化物组成的，C错。
答案：D
4．下列有关硅及其化合物的说法正确的是( )
A．晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料
B．常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在
C．SiO2是一种酸性氧化物，能够与水反应生成相应的酸
D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸
解析：解决此类题目可利用非金属单质及其化合物的相似性进行类推，但同时要注意硅及其化合物有不同于其他非金属及其化合物的特性。A项，晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质；其导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；B项，虽然常温下硅的化学性质稳定，但自然界中没有游离态的硅，它主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在；C项，SiO2不同于其他酸性氧化物，它不溶于水也不与水反应；D项，SiO2不溶于稀盐酸，可使用稀盐酸除去其中混有的CaCO3，化学方程式为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。
答案：D
5．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )
A．水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C．木料、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
解析：由于H2SiO3的酸性比碳酸要弱，故将水玻璃露置在空气中时，会发生以下反应而变质：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
答案：D
6．下列应用利用了硅化学性质的是( )
A．用硅制造集成电路、晶体管等半导体器件
B．制造石英钟的原料
C．在野外，用硅、石灰、烧碱的混合物制取氢气：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH===Na2SiO3＋CaO＋2H2↑
D．硅在炼钢炉中作氧化剂：2FeO＋Si高温,2Fe＋SiO2
解析：A项是利用硅的导电性介于导体与绝缘体之间，属于硅的物理性质；B项是利用二氧化硅有“压电效应”的性质，即石英薄片在电场作用下，能做间歇性的伸张和收缩；C、D两项都是利用了硅的化学性质，但D项的反应中硅作还原剂。
答案：C
7．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．③④⑤⑥ D．②⑤⑥
解析：地壳中含量最多的非金属元素为氧；SiO2只是晶体二氧化硅的表示式，表示晶体中硅原子与氧原子个数比为1?2；SiO2不溶于水。
答案：D
8．一粗铝样品中含铁和硅两种杂质，取等质量的样品分别投入到足量的盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的氢气，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是( )
①物质的量之比为2：1 ②物质的量之比为3：1
③质量之比为2：1 ④质量之比为4：1
A．②④ B．②③
C．①④ D．④
解析：将含有杂质铁和硅的粗铝分别投入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生氢气。其反应情况如下所示：
产生H2
产生H2
反应取相同质量的样品，其中由Al反应产生的氢气的量相等，因为反应产生氢气的总量相等，故Si与NaOH溶液反应产生的氢气的量必然等于Fe与盐酸反应产生的氢气的量。
解法1：根据化学方程式分析。
设反应中Si、Fe反应产生的氢气均为a mol，则：
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
a mol a mol
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
mol a mol
n(Fe):n(Si)＝a mol: mol＝2:1，
m(Fe):m(Si)＝(56×2):(28×1)＝4:1。
故①、④是合理的。
解法2：根据氧化还原反应中电子的转移关系进行分析。
在铁与盐酸的反应中：
1 mol Fe1 mol FeCl2，产生1 mol H2。
在硅与氢氧化钠溶液的反应中：
1 mol Si1 mol Na2SiO3，产生2 mol H2。
若产生等量的氢气，Fe和Si在反应中失去的电子数应相
等，因此，物质的量之比应为n(Fe):n(Si)＝2:1，质量之比为m(Fe):m(Si)＝(56×2):(28×1)＝4:1。故选C。
答案：C
