第三单元 含硅矿物与信息材料
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[课标要求]
1．了解硅在自然界中的存在形式，了解硅及其化合物的性质与应用。
2．知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。
3．以自然界存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。
1．硅酸盐的化学式常用氧化物形式表示。
2．水玻璃是硅酸钠的水溶液。水泥、陶瓷、玻璃为硅酸盐产品。
3．SiO2熔点高硬度大，是一种酸性氧化物，SiO2＋CaOCaSiO3，
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。SiO2可用于制造硅单质及光导纤维。
4．硅晶体的熔、沸点高，硬度大，常温下比较稳定，与O2、Cl2、HNO3、
H2SO4等很难发生反应，硅晶体可用作半导体材料。
5．工业制备高纯硅的主要反应有SiO2＋2CSi＋2CO↑，
Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
1．硅酸盐
(1)表示方法——氧化物法
俗名
锆石
红柱石
钙铝石榴子石
镁橄榄石
氧化物
表示法
ZrO2·
SiO2
Al2O3·
SiO2
3CaO·Al2O3·
3SiO2
2MgO·
SiO2
(2)硅酸钠
①性质：
a．可溶于水，其水溶液称“水玻璃”。
b．水溶液可与盐酸、CO2反应产生沉淀。
②用途：
Na2SiO3溶液在建筑行业常用做黏合剂，经Na2SiO3溶液浸泡过的木材、纺织品等既耐腐蚀又不易着火。
2．硅酸盐产品
硅酸盐产品
原料
主要设备
水泥
黏土、石灰石及石膏
水泥回转窑
玻璃
石灰石、纯碱、石英
玻璃熔炉
陶瓷
黏土
[特别提醒]
(1)硅酸是一种比H2CO3还弱的酸，且难溶于水。
(2)普通玻璃的成分为Na2SiO3、CaSiO3、SiO2可写成Na2O·CaO·6SiO2。
(3)玻璃是混合物，没有固定熔点，加热时在一定温度范围内软化。
(4)分子筛的成分是铝硅酸盐。
1．Na2SiO3为什么必须密封保存？
提示：Na2SiO3会吸收空气中的CO2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
2．硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？
提示：否。硅酸盐结构复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。
1．硅酸盐氧化物形式的改写
例如：钠长石(NaAlSi3O8)不能写成Na2O·Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
2．新型陶瓷的性能及用途
品种
主要性能
主要用途
高温结构
陶瓷
①耐高温；②耐氧化；③耐磨蚀
耐高温材料，洲际导弹的端头，火箭发动机的尾管及燃烧室，汽车发动机，喷气发动机
压电陶瓷
能实现机械能与电能的相互转化
电波滤波器、通话器、声纳探伤器、点火器
透明陶瓷
①优异的光学性能；②耐高温；③绝缘性好
制高压钠灯的灯管，防弹“玻璃”
超导陶瓷
超导性
超导材料
1．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为( )
A．CaO·MgO·SiO2·H2O
B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O
D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O
解析：选B 根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，按活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→SiO2→H2O的顺序排列，再调整各氧化物前的计量数并使其与昆仑玉化学式中一致，可得昆仑玉氧化物表示形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。
2．下列说法正确的是( )
A．制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱
B．普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点
C．普通玻璃俗称水玻璃
D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅
解析：选B 制取玻璃的原料中有纯碱，而制取水泥的原料中没有纯碱，A不正确；普通玻璃的组成一般为Na2O·CaO·6SiO2，玻璃属于混合物，没有固定的熔点，B正确；普通玻璃和水玻璃的成分不同，水玻璃不是普通玻璃的俗名，C不正确；制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石，石灰石中不含有硅，D不正确。
1．存在
沙石、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。
2．物理性质
熔沸点很高、硬度很大，不溶于水。
3．化学性质
(1)常温下性质不活泼，不与水、酸(HF除外)反应。
(2)是一种酸性氧化物
SiO2SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaO高温,CaSiO3。
(3)特性：SiO2能与HF反应，化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
4．用途：用于制光导纤维、光学镜片、石英坩埚。
5．SiO2和CO2的比较
SiO2
CO2
不
同
点
熔、沸点
高
低
状态
无色晶体
气态
与水反应
不反应
CO2＋H2O??H2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应
不反应
相
同
点
与碱性氧
化物反应
CaO＋SiO2CaSiO3
CO2＋CaO===CaCO3
与碱反应
SiO2＋2NaOH===
Na2SiO3＋H2O
CO2＋2NaOH===
Na2CO3＋H2O
与某些盐
反应
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑
CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3
CO2＋H2O＋Na2SiO3
===H2SiO3↓＋Na2CO3
与碳反应
SiO2＋2C Si＋2CO↑
CO2＋C2CO
1．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是( )
A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐
B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物
D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的
解析：选A 虽然SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，而CO2可溶于水生成H2CO3，B错误；SiO2与CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。
2．SiO2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是( )
A．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
B．SiO2＋CaOCaSiO3
C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
D．SiO2＋4HCl===SiCl4＋2H2O
解析：选D SiO2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D项不正确。
1．物理性质
硅晶体的熔点和沸点都很高，硬度很大，导电性介于导体和绝缘体之间，是一种半导体材料。
2．化学性质
(1)常温下，单质硅比较稳定，与O2、Cl2、硝酸、硫酸等都很难发生反应。
(2)加热时Si＋O2SiO2Si＋2Cl2SiCl4
3．工业制法
SiO2Si(粗)SiCl4Si(纯)
反应的化学方程式依次为SiO2＋2CSi＋2CO↑，Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
4．用途：硅用作半导体材料，制造集成电路。
1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时，为什么生成CO而不是CO2?
提示：制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：C＋CO2△,2CO，故产物是CO而不是CO2。
2．在焦炭与SiO2制取粗硅的反应中，还原剂和还原产物分别是什么？
提示：焦炭；硅。
1．硅的制备
硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：
(1)粗硅的制备：2C＋SiO2Si(粗硅)＋2CO↑
(2)纯硅的制备：Si(粗硅)＋2Cl2△,SiCl4、SiCl4＋2H2高温,Si(纯硅)＋4HCl。
2．硅及其化合物的“反常”
(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。
(2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却与强碱溶液反应放出氢气
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成氢气，非金属单质与非氧化性酸不反应，但硅却与氢氟酸反应放出氢气：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(5)非金属氧化物一般沸点较低，呈气态，但二氧化硅熔点很高，是固态。H2SiO3是常温下呈固态的酸。
(6)无机含氧酸一般都溶于水，但硅酸不溶于水。
(7)常温下，硅的化学性质不活泼，但在自然界却不存在单质硅。
(8)硅酸钠叫泡花碱，但它是盐，硅酸钠水溶液又称水玻璃，但其与玻璃成分不完全相同。
(9)非金属单质一般为绝缘体，但硅为半导体，石墨为导体。
(10)硅具有“亲氟”性：Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
3．硅及其化合物的转化
发生反应的化学方程式：
①Si＋O2SiO2；
②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；
③CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓；
④H2SiO3SiO2＋H2O；
⑤SiO2＋2CSi＋2CO↑。
1．下列关于硅的说法正确的是( )
A．硅是非金属元素，故它的单质是灰黑色没有金属光泽的固体
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起反应
D．当加热到任何温度时，硅不能与氧气、氯气等非金属反应
解析：选B 常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热或高温条件下，硅能与氧气、氯气起反应。
2．制备硅单质时，主要化学反应如下：
①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)高温,Si(粗硅)＋2CO↑；
②Si(粗硅)＋2Cl2加热,SiCl4；
③SiCl4＋2H2高温,Si(纯硅)＋4HCl。
下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是( )
A．①为置换反应
B．①②③均为氧化还原反应
C．②为化合反应
D．三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析：选D 反应②中硅元素的化合价升高，被氧化，D项错误。
[三级训练·节节过关]
1．地球的表层大多是岩石，而大多数岩石的主要成分都是硅酸盐，下面用盐或氧化物的形式表示岩石的组成，其中不正确的是( )
A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]表示为
CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)可表示为2MgO·SiO2
C．闪石[Ca2Mg5Si8O22(OH)2]表示为
2CaSiO3·5MgSiO3·H2O
D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]可表示为
Al2O3·2SiO2·2H2O
解析：选C 2CaSiO3·5MgSiO3·H2O中Ca与Si的原子个数比为2∶7，而闪石Ca2Mg5Si8O22(OH)2中，Ca与Si原子个数比为2∶8，错误。
2．下列叙述正确的是( )
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，溶于水形成难溶的硅酸
D．自然界中的二氧化硅都存在于水晶矿中
解析：选B 自然界中不存在游离态硅，硅在自然界中主要以二氧化硅、硅酸盐的形式存在，A项错误；二氧化硅的化学性质稳定，不溶于水，C项错误；自然界中的二氧化硅存在于石英、水晶和硅石中，D项错误。
3．下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是( )
A．二氧化硅溶于水显酸性
B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸
C．单质硅常用作半导体材料和光导纤维
D．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
解析：选B SiO2是酸性氧化物，但其不溶于水，也不与水反应，化学性质十分稳定，能与氢氟酸反应。
4．关于硅及其化合物的叙述中，正确的是( )
A．硅是良好的半导体材料，可以与NaOH溶液和氢氟酸反应
B．二氧化硅与石灰石反应：SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO↑
C．用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2＋2CSi＋2CO2↑
D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
解析：选A B项，正确的化学方程式为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑；C项，正确的化学方程式为SiO2＋2C2CO↑＋Si；D项，玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。
5．黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。请回答下列问题：
(1)黏土的主要成分的化学式为Al2Si2Ox(OH)4，其中x的值是________，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为________________________________________________。
(2)在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有________，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是________________________(用化学方程式表示)。
解析：(1)根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得3×2＋4×2＋(－2)×x＋(－1)×4＝0，x＝5；黏土的主要成分以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。
(2)传统硅酸盐产品有水泥、玻璃和陶瓷，故水泥厂、玻璃厂属于硅酸盐工业；生产雕花玻璃是利用氢氟酸对玻璃的腐蚀性，即：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
答案：(1)5 Al2O3·2SiO2·2H2O
(2)水泥厂、玻璃厂
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
1．下列溶液可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是( )
A．稀盐酸 B．氢氟酸
C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液
解析：选C NaOH溶液呈碱性，能与玻璃中的SiO2反应，生成的Na2SiO3溶液把瓶塞和瓶体粘在一起不易打开；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。
2．制备陶瓷和水泥共同的原料是( )
A．石灰石 B．黏土
C．石英 D．石膏
解析：选B 制备陶瓷的原料是黏土、长石和石英等，制备水泥的原料是石灰石、黏土和其他辅助原料，所共同的原料是黏土。
3．下列反应能说明SiO2是酸性氧化物的是( )
A．SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
D．SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑
解析：选B 酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，故B项可证明SiO2属于酸性氧化物。
4．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”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
解析：选C “硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D均正确。
5．下列变化中，不能一步实现的是( )
A．Na2SiO3→H2SiO3 B．H2SiO3→SiO2
C．SiO2→H2SiO3 D．SiO2→Na2SiO3
解析：选C Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl；H2SiO3SiO2＋H2O；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
6．生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2，要检验是否存在这两种杂质，最好选用( )
A．水 B．盐酸
C．硫酸 D．烧碱溶液
解析：选B 检验CaCO3常用盐酸，而SiO2又不溶于盐酸，故把生石灰(含CaCO3、SiO2)投入足量盐酸中，若发现有气泡生成且有不溶物存在，可检验含有CaCO3和SiO2。
7．下列有关说法中错误的是( )
A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中
B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐
C．灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的SiO2能与NaOH反应
D．由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑
解析：选B A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，正确；B项，水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，错误；C项，瓷坩埚是硅酸盐产品，坩埚中的SiO2能与NaOH反应，正确；D项，沙子的主要成分是SiO2，光伏材料的成分是晶体硅，由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑，正确。
8．下列说法正确的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以与碱反应，但不能与任何酸反应
B．根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸的酸性比碳酸的强
C．CO2气体通入硅酸钠溶液中可制得硅酸
D．SiO2能溶于水，也能跟水反应生成酸
解析：选C A项，SiO2可与强碱反应，也可与氢氟酸反应，错误；B项，反应能够发生是因为CO2以气体形式逸出而使反应进行得彻底，是利用SiO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱，错误；C项符合“强酸制弱酸”的一般规律，正确；D项，SiO2难溶于水，也不能与水反应，错误。
9．有A、B、C、D、E五种都含硅元素的物质，它们能发生如下变化：①C受热后失水生成D；②A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀E；③D与烧碱反应生成A和水；④B在空气中燃烧生成D；⑤D在高温下与碳酸钙反应生成E和一种气体；⑥A溶液与盐酸反应可生成白色胶状沉淀C；⑦D在高温下与碳反应生成单质B。
试回答：
(1)写出下列物质的化学式：
A________、C________、E________。
(2)写出下列反应的离子方程式：
①A溶液＋钙盐溶液―→白色沉淀E： _____________________________________。
②D＋NaOH(溶液)―→A＋H2O： ________________________________________。
③A溶液＋盐酸―→白色胶状沉淀C：_____________________________________。
解析：因A、B、C、D、E都含有硅元素，再由题中的转化关系可判断，A是Na2SiO3，B是Si，C是H2SiO3，D是SiO2，E是CaSiO3。
答案：(1)Na2SiO3 H2SiO3 CaSiO3
(2)①SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓
②2OH－＋SiO2===SiO＋H2O
③SiO＋2H＋===H2SiO3↓
10．(1)用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足以显示化学对现代物质文明发展中所起到的重要作用。例如：
①光导纤维的主要成分是______________________；
②目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是________________________________________________________________________；
③计算机芯片的主要成分是________。
④用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为________的化合物。
(2)写出工业上制备该元素的单质及提纯的有关化学方程式：
①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________，
③________________________________________________________________________。
解析：(1)光导纤维的主要成分是SiO2；应用于太阳能电池中作光电转化材料的是半导体硅；计算机芯片的主要成分也是硅；用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为铝硅酸盐的化合物。
(2)工业提取纯硅的过程。
答案：(1)①SiO2 ②Si ③Si ④铝硅酸盐
(2)①SiO2＋2C2CO↑＋Si(粗硅)
②Si＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H24HCl＋Si(高纯硅)
1．下列有关硅的说法中不正确的是( )
A．硅是非金属元素，但晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
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的形式存在
C．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
D．硅在常温下能与NaOH溶液发生氧化还原反应
解析：选B 硅的化学性质不活泼，在常温下只能与F2、氢氟酸和强碱发生反应，但自然界中不存在游离态的硅单质，B项错误；常温下，Si与NaOH溶液发生反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，该反应有化合价的变化，是氧化还原反应，D正确。
2．下列有关SiO2的叙述正确的是( )
A．SiO2不与任何酸反应
B．玻璃中含有SiO2，所以不能用玻璃瓶盛装稀氢氧化钠溶液
C．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应
D．SiO2能与水反应生成硅酸
解析：选C A项，SiO2可与氢氟酸反应；B项，可用玻璃瓶盛装稀NaOH溶液，但不能用玻璃塞；D项，SiO2与水不反应。
3．用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(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
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol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
解析：选D A项，根据置换反应和化合反应的概念即可判断，正确；B项，由反应①知焦炭的还原性强于硅，由反应③知氢气的还原性强于硅，正确；C项，在三个反应中，硅元素的化合价从0变为＋4或从＋4变为0，故每消耗或生成28 g硅，转移电子均为4 mol，正确；D项，制备高纯硅时，先使石英与焦炭在高温下生成粗硅，再把粗硅与Cl2反应制得SiCl4，SiCl4经提纯后再用氢气还原才可以得到高纯硅，错误。
4．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成( )
①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品
A．①④ B．②⑤
C．③ D．①③⑤
解析：选B 泥沙的主要成分为SiO2，泥沙、纯碱、生石灰熔化后发生的反应为SiO2＋CaOCaSiO3，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，所得物为过量SiO2、CaSiO3、Na2SiO3，属于玻璃，玻璃是一种硅酸盐产品。
5．有一粗硅，含铁杂质，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，放出等量的氢气，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是( )
A．物质的量比为1∶1 B．物质的量比为2∶1
C．质量比为6∶1 D．质量比为2∶1
解析：选B 粗硅与盐酸反应是铁与盐酸反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑；粗硅与碱液反应是硅与碱反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，因放出等量氢气，则铁与硅的物质的量比为2∶1，质量比为4∶1。
6．绿柱石称为绿宝石，其主要成分为BenAl2Si6O18，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：选C 各元素的化合价标在元素符号的上面为：BnA2S618中，根据化合物元素的化合价的代数和为0，可得2n＋3×2＋4×6＝2×18，n＝3。
7．下列有关硅酸盐的说法中正确的是( )
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：选D 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如Na2SiO3)，也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。
8．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
解析：选C 许多岩石和矿物中含有硅元素，①正确；水晶的主要成分是二氧化硅，所以水晶不是硅酸盐制品，②错误；光导纤维是由高纯度的二氧化硅制成的，③错误；陶瓷属于硅酸盐制品，④正确。
9．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互关系如图所示，A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请填空：
(1)形成单质A的原子结构示意图为________，它的最高价为________。
(2)B的化学式(分子式)为________，B和碳反应生成A和E的化学方程式是______________________。
(3)C的化学式(分子式)为________，D的化学式(分子式)为________。
解析：由A为地壳中含量仅次于氧的非金属单质，推知A为硅单质。根据“”，“”，“”推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3。
答案：(1) ＋4 (2)SiO2 SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑ (3)CaSiO3 Na2SiO3
10．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物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)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。
①写出生成D和F的化学反应方程式：_____________________________________。
②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是____。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．瓷坩埚 D．铁坩埚
(3)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)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。
(2)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。
(3)若SiO2恰好或过量，与CaCO3反应的方程式只有一个，即CaCO3＋SiO2高温,CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO3高温,CaO＋CO2↑。总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系式列式求解：
CaCO3 ～ CO2
100 g 22.4 L
m(CaCO3)11.2 L
m(CaCO3)＝50 g。
混合物中CaCO3的质量分数：
×100%＝50%。
答案：(1)氢氟酸(HF)
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)①SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑，
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
②D (3)50%
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课时跟踪检测（十八） 含硅矿物与信息材料
1．下列溶液可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是( )
A．稀盐酸 B．氢氟酸
C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液
解析：选C NaOH溶液呈碱性，能与玻璃中的SiO2反应，生成的Na2SiO3溶液把瓶塞和瓶体粘在一起不易打开；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。
2．制备陶瓷和水泥共同的原料是( )
A．石灰石 B．黏土
C．石英 D．石膏
解析：选B 制备陶瓷的原料是黏土、长石和石英等，制备水泥的原料是石灰石、黏土和其他辅助原料，所共同的原料是黏土。
3．下列反应能说明SiO2是酸性氧化物的是( )
A．SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
D．SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑
解析：选B 酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，故B项可证明SiO2属于酸性氧化物。
4．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”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
解析：选C “硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D均正确。
5．下列变化中，不能一步实现的是( )
A．Na2SiO3→H2SiO3 B．H2SiO3→SiO2
C．SiO2→H2SiO3 D．SiO2→Na2SiO3
解析：选C Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl；H2SiO3SiO2＋H2O；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
6．生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2，要检验是否存在这两种杂质，最好选用( )
A．水 B．盐酸
C．硫酸 D．烧碱溶液
解析：选B 检验CaCO3常用盐酸，而SiO2又不溶于盐酸，故把生石灰(含CaCO3、SiO2)投入足量盐酸中，若发现有气泡生成且有不溶物存在，可检验含有CaCO3和SiO2。
7．下列有关说法中错误的是( )
A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中
B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐
C．灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的SiO2能与NaOH反应
D．由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑
解析：选B A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，正确；B项，水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，错误；C项，瓷坩埚是硅酸盐产品，坩埚中的SiO2能与NaOH反应，正确；D项，沙子的主要成分是SiO2，光伏材料的成分是晶体硅，由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑，正确。
8．下列说法正确的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以与碱反应，但不能与任何酸反应
B．根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸的酸性比碳酸的强
C．CO2气体通入硅酸钠溶液中可制得硅酸
D．SiO2能溶于水，也能跟水反应生成酸
解析：选C A项，SiO2可与强碱反应，也可与氢氟酸反应，错误；B项，反应能够发生是因为CO2以气体形式逸出而使反应进行得彻底，是利用SiO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱，错误；C项符合“强酸制弱酸”的一般规律，正确；D项，SiO2难溶于水，也不能与水反应，错误。
9．有A、B、C、D、E五种都含硅元素的物质，它们能发生如下变化：①C受热后失水生成D；②A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀E；③D与烧碱反应生成A和水；④B在空气中燃烧生成D；⑤D在高温下与碳酸钙反应生成E和一种气体；⑥A溶液与盐酸反应可生成白色胶状沉淀C；⑦D在高温下与碳反应生成单质B。
试回答：
(1)写出下列物质的化学式：
A________、C________、E________。
(2)写出下列反应的离子方程式：
①A溶液＋钙盐溶液―→白色沉淀E： _____________________________________。
②D＋NaOH(溶液)―→A＋H2O： ________________________________________。
③A溶液＋盐酸―→白色胶状沉淀C：_____________________________________。
解析：因A、B、C、D、E都含有硅元素，再由题中的转化关系可判断，A是Na2SiO3，B是Si，C是H2SiO3，D是SiO2，E是CaSiO3。
答案：(1)Na2SiO3 H2SiO3 CaSiO3
(2)①SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓
②2OH－＋SiO2===SiO＋H2O
③SiO＋2H＋===H2SiO3↓
10．(1)用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足以显示化学对现代物质文明发展中所起到的重要作用。例如：
①光导纤维的主要成分是______________________；
②目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是________________________________________________________________________；
③计算机芯片的主要成分是________。
④用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为________的化合物。
(2)写出工业上制备该元素的单质及提纯的有关化学方程式：
①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________，
③________________________________________________________________________。
解析：(1)光导纤维的主要成分是SiO2；应用于太阳能电池中作光电转化材料的是半导体硅；计算机芯片的主要成分也是硅；用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为铝硅酸盐的化合物。
(2)工业提取纯硅的过程。
答案：(1)①SiO2 ②Si ③Si ④铝硅酸盐
(2)①SiO2＋2C2CO↑＋Si(粗硅)
②Si＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H24HCl＋Si(高纯硅)
1．下列有关硅的说法中不正确的是( )
A．硅是非金属元素，但晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
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的形式存在
C．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
D．硅在常温下能与NaOH溶液发生氧化还原反应
解析：选B 硅的化学性质不活泼，在常温下只能与F2、氢氟酸和强碱发生反应，但自然界中不存在游离态的硅单质，B项错误；常温下，Si与NaOH溶液发生反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，该反应有化合价的变化，是氧化还原反应，D正确。
2．下列有关SiO2的叙述正确的是( )
A．SiO2不与任何酸反应
B．玻璃中含有SiO2，所以不能用玻璃瓶盛装稀氢氧化钠溶液
C．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应
D．SiO2能与水反应生成硅酸
解析：选C A项，SiO2可与氢氟酸反应；B项，可用玻璃瓶盛装稀NaOH溶液，但不能用玻璃塞；D项，SiO2与水不反应。
3．用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(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
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol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
解析：选D A项，根据置换反应和化合反应的概念即可判断，正确；B项，由反应①知焦炭的还原性强于硅，由反应③知氢气的还原性强于硅，正确；C项，在三个反应中，硅元素的化合价从0变为＋4或从＋4变为0，故每消耗或生成28 g硅，转移电子均为4 mol，正确；D项，制备高纯硅时，先使石英与焦炭在高温下生成粗硅，再把粗硅与Cl2反应制得SiCl4，SiCl4经提纯后再用氢气还原才可以得到高纯硅，错误。
4．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成( )
①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品
A．①④ B．②⑤
C．③ D．①③⑤
解析：选B 泥沙的主要成分为SiO2，泥沙、纯碱、生石灰熔化后发生的反应为SiO2＋CaOCaSiO3，SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，所得物为过量SiO2、CaSiO3、Na2SiO3，属于玻璃，玻璃是一种硅酸盐产品。
5．有一粗硅，含铁杂质，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，放出等量的氢气，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是( )
A．物质的量比为1∶1 B．物质的量比为2∶1
C．质量比为6∶1 D．质量比为2∶1
解析：选B 粗硅与盐酸反应是铁与盐酸反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑；粗硅与碱液反应是硅与碱反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，因放出等量氢气，则铁与硅的物质的量比为2∶1，质量比为4∶1。
6．绿柱石称为绿宝石，其主要成分为BenAl2Si6O18，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：选C 各元素的化合价标在元素符号的上面为：BnA2S618中，根据化合物元素的化合价的代数和为0，可得2n＋3×2＋4×6＝2×18，n＝3。
7．下列有关硅酸盐的说法中正确的是( )
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：选D 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如Na2SiO3)，也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。
8．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
解析：选C 许多岩石和矿物中含有硅元素，①正确；水晶的主要成分是二氧化硅，所以水晶不是硅酸盐制品，②错误；光导纤维是由高纯度的二氧化硅制成的，③错误；陶瓷属于硅酸盐制品，④正确。
9．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互关系如图所示，A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请填空：
(1)形成单质A的原子结构示意图为________，它的最高价为________。
(2)B的化学式(分子式)为________，B和碳反应生成A和E的化学方程式是______________________。
(3)C的化学式(分子式)为________，D的化学式(分子式)为________。
解析：由A为地壳中含量仅次于氧的非金属单质，推知A为硅单质。根据“”，“”，“”推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3。
答案：(1) ＋4 (2)SiO2 SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑ (3)CaSiO3 Na2SiO3
10．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物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)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
(2)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。
①写出生成D和F的化学反应方程式：_____________________________________。
②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是____。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．瓷坩埚 D．铁坩埚
(3)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)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。
(2)SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。
(3)若SiO2恰好或过量，与CaCO3反应的方程式只有一个，即CaCO3＋SiO2高温,CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO3高温,CaO＋CO2↑。总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系式列式求解：
CaCO3 ～ CO2
100 g 22.4 L
m(CaCO3)11.2 L
m(CaCO3)＝50 g。
混合物中CaCO3的质量分数：
×100%＝50%。
答案：(1)氢氟酸(HF)
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)①SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑，
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
②D (3)50%
