高一化学人教版必修1期末复习学案：41 无机非金属材料的主角-硅
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| 名称 | 高一化学人教版必修1期末复习学案：41 无机非金属材料的主角-硅 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 114.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2011-01-31 10:38:00 | ||
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文档简介
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第四章 非金属及其化合物
第一节 无机非金属材料的主角——硅
【本节学习要点】
1．了解硅在自然界中的存在，主要物理性质、用途
2．了解二氧化硅的存在，知道石英、水晶、硅石、玛瑙与SiO2的关系，了解SiO2的网状结构，掌握SiO2的化学性质。
3．了解硅酸的性质和制备
4．了解常见硅酸盐的性质和主要用途
【重难点讲解】
重难点一、二氧化硅和硅酸
SiO2与CO2的比较
物质 SiO2 CO2
晶体微粒 Si原子和O原子(不存在SiO2分子) CO2分子
物21世纪教育网理21世纪教育网性[来源:21世纪教育网质[21世纪教育网 熔点 高(1723℃)21世纪教育网 低(－57℃)21世纪教育网[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
沸点 高(2230℃) 低(－79℃)
硬度 大 小
溶解性 不溶于水 常温微溶于水
与水反应 不反应 CO2＋H2O = H2CO3(可逆)
化学性质
与HF酸反应 4HF＋SiO2SiF4↑＋2H2O 不反应
与NaOH溶液 SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O CO2＋NaOHNaHCO3或CO2＋2NaOHNa2CO3＋H2O
与盐反应 SiO2＋Na2CO3高温 Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3高温CaSiO3＋CO2↑(制玻璃) CO2＋Na2SiO3＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3CO2＋Na2CO3＋H2O2NaHCO3
与碱性氧化物反应 CaO＋SiO2高温 CaSiO3 CaO＋CO2CaCO3Na2O＋CO2Na2CO3
与C反应 SiO2＋2C高温=Si＋2CO↑ C＋CO2△=2CO
相同点 ①都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。②都有弱氧化性
特别提醒
(1)SiO2中硅元素为＋4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。
(2)SiO2是酸性氧化物与水不反应，只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。
(3)实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。
(4)Na2SiO3溶液易与空气中的CO2反应生成H2SiO3，故应密封保存。
(5)因HF能腐蚀玻璃，所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸，也不能用玻璃塞。氢氟酸可用于雕刻玻璃。
重难点、酸盐和硅单质
1．硅的化学性质与制备
(1)硅的化学性质
①常温下，除与F2、HF酸、强碱反应外，硅不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等其他物质反应
与F2反应：Si＋2F2=SiF4
与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑
与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑
②加热时，Si能与O2、Cl2等反应
Si＋O2=高温SiO2
Si＋2Cl2=高温,SiCl4
(2)硅的制备
①制取粗硅
SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑
②粗硅的提纯：SiCl2,SiCl4H2,Si＋HCl
Si＋2Cl2高温,SiCl4，SiCl4＋2H2高温,Si＋4HCl
特别提醒
C与SiO2反应，产物为CO，而不是CO2，粗硅先与Cl2反应，生成挥发性的SiCl4，挥发出来的SiCl4再与H2反应生成Si和HCl。
2．硅及其化合物的“特性”小结
(1)硅的“特性”
①非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体是良好的半导体材料。
②Si的还原性大于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)高温,Si(粗硅)＋2CO↑。
③非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2：Si＋2NaOH＋H2O,Na2SiO3＋2H2↑。
金属?H2＋金属氧化物金属＋H2O,单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。,(2)硅的化合物“特性”,①酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。,SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O,②SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。,③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。,④硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液，并不是碱。,⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下，Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑也能发生。,3.硅酸盐的表示方法,方法和步骤,(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,(2)在各氧化物前添上未知数x、y、z等,(3)依据原子守恒列出等式，求出x、y、z等,(4)x、y、z的具体数值写在氧化物前面,(5)氧化物之间以“·”隔开，若系数配置出现分数应化为整数。,例如：正长石KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。,特别提醒 ,(1)由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。,(2)在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如2MgO·SiO2表示2个MgO和1个SiO2，不能认为是2(MgO·SiO2)。
【典例精讲】
题型1硅及其化合物的应用
【例1】 下列表述正确的是( )
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化学家采用玛瑙研钵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 本题主要考查学生对身边常见的化学制品的了解情况。侧重考查学生应用化学知识解释和解决身边化学问题的能力。人造刚玉主要成分为Al2O3，①错；玛瑙的主要成分是SiO2；③水泥主要成分是硅酸盐，正确；④变色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物质AgBr等，并加入极少光敏化剂如CuO等制成，故④错。
答案 D
变色眼镜的玻璃片中含有少量溴化银和微量的氧化铜(作催化剂)，当玻璃受到阳光照射时，发生2AgBr光,CuO2Ag＋Br2反应，而使玻璃由无色变成灰黑色，把玻璃放到暗处，又因发生2Ag＋Br2CuO,2AgBr反应，而使玻璃由灰黑色变成无色。在制造普通玻璃时常加入少量Cu2O可使玻璃显红色。
题型2硅酸盐组成表示方法
【例2】 高岭土的组成可表示为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 本题涉及两个未知数x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，因而要用不定方程的知识求解。,根据化合价规则，Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，则有2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，化简得2x＋y＝14，将A、B、C、D中的x、y值代入，只有B项符合方程。
答案 B
考查硅酸盐的表达形式，一般利用化合物中化合价的代数和等于零的规则来列方程求解。解此类题时所列方程要正确。,
题型3硅及其化合物的转化关系,
【例3】 X、Y、Z、W 。,有如下图所示的转化关系：,
(1)推断各、物质的名称：X________，Y_______________，Z________，W ,________。
(2)写出化学方程式：W→X ,
(3)写出离子方程式：
Y→Z ,
X→Y_________________________________________________________。
解析 由X和X 。,的转化条件分析，X是硅，X 。,是二氧化硅，且这两种物质都能与NaOH溶液反应，生成硅酸钠(Na2SiO3)，SiO2又可以由硅酸加热分解制得，所以，推断正确。,答案 (1)硅 硅酸钠 硅酸 二氧化硅,(2)SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑,(3)SiO＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋CO,SiO2＋2OH－SiO＋H2O, 。,B0001#。25]
善于根据特殊反应或特殊反应条件或特殊反应现象作出假设，然后以验证的形式进行判断，对于解答较隐蔽的推断题，是一种较好的策略。
题型4硅酸盐
【例4】 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。例如，钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4
将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：,①KAlSi3O8____________________。,②Al2Si2O5(OH)4____________________。(2)这个反应能够发生的原因是 。,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水。,则KAlSi3O8为K2O·Al2O3·6SiO2,Al2Si2O5(OH)4为Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)从方程式可知H2CO3制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。
答案 (1)①K2O·Al2O3·6SiO2,②Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸,
①硅酸盐无论以何种形式表示，其组成及成分是固定不变的，即性质是不变的；②硅酸盐用氧化物的形式表示时，必须遵循各元素化合价不变的原则。,
【自测题】
1.下列说法不正确的是( )
A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或者SiO2不是H2SiO3对应的酸酐
B.CO2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸沉淀
C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
D.氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
答案 A
解析 SiO2中Si呈＋4价，H2SiO3中Si呈＋4价，且H2SiO3△,SiO2＋H2O，SiO2是H2SiO3的酸酐，故A项错误。
2.实验室中固体试剂可以放在广口瓶中保存，液体试剂放在细口瓶中储存，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中。以下物质必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中的是( ),①KOH溶液 ②Na2SiO3溶液 ③盐酸 ④氢氟酸 ⑤澄清石灰水 ⑥硝酸 ⑦NaOH溶液
A.①②⑤ B.①②④⑤
C.①②④⑤ D.①②④⑤⑦
答案 D
3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )
A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中
C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
答案 A
解析 本题考查硅的性质。晶体硅的结构与金刚石相似，是具有空间立体网状结构的原子晶体，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的存在，主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于自然界中；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。
4.将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A.①②③④ B.②④ C.①②③ D.②③
答案 B
解析 H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(弱酸不能制强酸)；过量CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量发生反应：Ca(OH)2＋CO2CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO22NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出。
5.在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质。据此填空。,
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(1)写出各物质的化学式：,A. 、B. 、C. 、E. 、,F.________。,(2)D________________________________________________________。,与a溶液反应的离子方程式是 。,②C与过量HNO3反应的离子方程式是 。
答案 (1)Si SiO2 Na2SiO3 H2SiO3 H2,(2)①Si＋2OH－＋H2O=SiO＋2H2↑,②SiO＋2H＋=H2SiO3↓(或SiO＋2H＋＋H2OH4SiO4↓)
解析 A是单质，则B是A的氧化物，E是一种白色沉淀。由图中所给出的关系知，E、C中均应含有A元素。加过量的HNO3能生成白色沉淀，中学阶段只有H2SiO3(或H4SiO4)符合题意，因此，B为SiO2，A为Si，C为Na2SiO3，D为H2O，F为H2。
6.某普通玻璃中，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比为1∶1∶4，请回答下列问题：,(1)该玻璃如以aNa2O·bCaO·mSiO2表示其组成，则a∶b∶m＝________。,(2)若要制备1 000 kg上述玻璃需原料的质量分别是________________________，生产过程中产生________L CO2(标准状况)。,Na2O·SiO2，CaSiO3→Na2O·SiO2，CaSiO3→CaO·SiO2，则可得到：a∶b∶m＝1∶1∶6。(2)制玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3、SiO2，由(1)可知玻璃的组成为Na2O·CaO·6SiO2，根据原子守恒可以得到下列计算关系,Na2O·CaO·6SiO2 ～ Na2CO3 ～,478 g 106 g,1 000×103 g m(Na2CO3),CaCO3 ～ 。,B]6SiO2 ～ 。,B]2CO2,100 g 。,]6×60 g 。,]2×22.4 L,m(CaCO3) 。,]m(SiO2) 。,]V(CO2),解得：m(Na2CO3) 。,B]＝, 。,]＝221.8×103 g＝221.8 kg,m(CaCO3)＝＝209×103 g＝209 kg,m(SiO2)＝＝753.1×103 g＝753.1 kg,V(CO2)＝＝9.37×104 L,答案 (1)1∶1∶6,(2)Na2CO3：221.8 kg；CaCO3：209 kg；SiO2：753.1 kg,9.37×104
第1课时 二氧化硅和硅酸盐
【考点讲练】
1．下列说法正确的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
B．根据反应SiO2＋CaCO3高温,CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸的酸性比碳酸强
C．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得澄清的硅酸溶液
D．二氧化硅常被用来制造光导纤维
答案 D
解析 二氧化硅是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应。SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O；反应SiO2＋CaCO3高温,CaSiO3＋CO2↑只有在高温下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强；只要比较硅酸和碳酸的酸性强弱就是要比较它们在水溶液中电离出H＋的难易程度，如CO2＋H2O＋Na2SiO3Na2CO3＋H2SiO3↓，符合强酸制弱酸的规律，也可说明碳酸的酸性比硅酸的强，但由于硅酸难溶于水，不能得到溶液；SiO2是光导纤维的主要成分，光导纤维可以用SiO2来制造。
误区警示 (1)酸性氧化物是指与碱反应生成盐和水的氧化物，不一定与水反应生成酸。SiO2不溶于水，但与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，对应酸为H2SiO3。
(2)强酸制弱酸的反应是在水溶液中反应的规律
CaCO3＋SiO2高温,CaSiO3＋CO2↑是在高温下的反应，不符合强酸制弱酸的原理。
2．写出以SiO2为原料制备H2SiO3的化学方程式__________________。
答案 SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，
Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
或Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，
Na2SiO3＋2CO2＋2H2O2NaHCO3＋H2SiO3↓
解析 一般来说，受热易分解的酸或碱，其对应的氧化物不能与水反应，如H2SiO3△,H2O＋SiO2，则SiO2不能与水反应；Cu(OH)2△,CuO＋H2O，则CuO不能与水反应。硅酸不能溶于水，且不能溶于(HCl、H2SO4、HNO3等)强酸。不溶于强酸的物质还有：CuS、AgS、PbS、HgS、AgCl、AgBr、AgI、BaSO4等。
3．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(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，分液漏斗中所盛试剂应为______________。
(2)装置B所盛的试剂是________，其作用是 。
答案 (1)盐酸 (2)饱和NaHCO3溶液 除去盐酸中挥发出的HCl气体
解析 考查对强酸制弱酸原理的应用。注意B装置的作用是除去盐酸挥发出的HCl气体
否则对C装置证明碳酸酸性强于硅酸形成干扰。
【课时作业】
1．二氧化硅是酸酐(即酸性氧化物)的原因是( )
A．它溶于水得相应的酸
B．它对应的水化物是可溶性强酸
C．它与强碱溶液反应只生成盐和水
D．它是非金属氧化物
答案 C
解析 从酸性氧化物的概念来分析，酸性氧化物是指能够与碱反应生成盐和水的氧化物，由于SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，所以SiO2是酸性氧化物。SiO2不溶于水，对应的酸H2SiO3不是强酸。
2．熔融氢氧化钠反应选用的器皿是( )
A．陶瓷坩埚 B.石英坩埚
C．普通玻璃坩埚 D.生铁坩埚
答案 D
解析 陶瓷的成分中含有SiO2，石英的成分就是SiO2，玻璃的主要成分中也含有SiO2，而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应：
SiO2＋2NaOH高温,Na2SiO3＋H2O
所以A、B、C的器皿都不能选用，只能用生铁坩埚。
3．下列叙述中，正确的是( )
A．自然界中存在大量的游离态的硅
B．石英、水晶、玛瑙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．自然界中硅都存在于石英中
答案 B
解析 自然界中的硅，都以化合态存在，硅是亲氧元素，主要以氧化物及硅酸盐形式存在，如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅性质稳定。
4．下列关于硅酸的叙述中错误的是( )
A．硅酸是一种很弱的酸
B．硅酸不稳定，加热脱水会产生二氧化硅
C．硅酸可由二氧化硅与水反应制得
D．硅酸应由可溶性硅酸盐与盐酸或二氧化碳反应制得
答案 C
解析 硅酸是一种比碳酸的酸性还弱的弱酸，难溶于水，受热不稳定易分解；制备H2SiO3时应向可溶性的硅酸盐的溶液里通入CO2或加入盐酸等来制备，可见A、B、D项正确。虽然SiO2是硅酸的酸酐，但因SiO2难溶于水且不跟水反应，所以不能用SiO2与H2O反应来制H2SiO3，C错。
5．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是( )
A．CO2 →H2CO3 B。SiO2→Na2SiO3
C．Na2CO3 →Na2CO3 D。H2SiO3→H2SiO3
答案 D
解析 由于SiO2不溶于水也不与水反应，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2与强碱反应制得可溶性硅酸盐后，再与其他酸反应才能制得H2SiO3。
6．在反应SiO2＋3C高温,SiC＋2CO↑中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为( )
A．1∶3 B.3∶1 C．2∶1 D.1∶2
答案 D
解析 根据化合价升降规律，可确定C既为氧化剂又为还原剂，假设3 mol C参与反应，化合价降低的C即氧化剂为1 mol，化合价升高的C即还原剂为2 mol，因此二者的物质的量之比为1∶2。分析化合价变化，来确立氧化剂和还原剂；由得失电子数相等确定氧化剂与还原剂的物质的量之比(或质量比)。注意产物是CO而不是CO2。
7．下列各组物质间，不能发生反应的是( )
A．二氧化硅与氧化钙(高温)
B．二氧化硅与氢氧化钠(常温)
C．二氧化硅与碳(高温)
D．二氧化硅与浓硝酸(常温)
答案 D
解析 在高温下SiO2能被C还原。在众多的酸中能与SiO2反应的只有HF。
8．下列离子在水溶液中能大量共存的是( )
A．H＋、K＋、HCO、Ca2＋
B．OH－、Na＋、Mg2＋、HCO
C．Na＋、H＋、Cl－、NO
D．Na＋、SiO、H＋、Cl－
答案 C
解析 A中H＋可与HCO发生反应：H＋＋HCOH2O＋CO2↑而不能大量共存；B中OH－与Mg2＋、HCO不能大量共存：Mg2＋＋2OH－Mg(OH)2↓，OH－＋HCOCO＋H2O；D中2H＋＋SiOH2SiO3↓。
9．实验室保存试剂的方法正确的是( )
A．氢氟酸存放在带橡皮塞的玻璃瓶中
B．氢氧化钙溶液存放在配有磨口玻璃塞的玻璃瓶中
C．NaOH溶液存放在带橡皮塞的细口玻璃瓶中
D．氢氧化钠固体盛放在带橡皮塞的细口玻璃瓶中
答案 C
解析 氢氟酸能与玻璃中的二氧化硅(SiO2)反应，选项A错误；氢氧化钙溶液呈碱性，选项B错误；氢氧化钠固体盛放在广口瓶中，选项D错误。要根据物质性质选用合适的保存试剂的方法。
10．下列离子方程式书写不正确的是( )
A．往NaOH溶液中通入过量CO2：
CO2＋OH－HCO
B．单质硅与烧碱溶液反应：
Si＋2OH－＋H2OSiO＋2H2↑
C．石英砂与烧碱反应制水玻璃：
SiO2＋2OH－SiO＋H2O
D．往水玻璃中通入二氧化碳：
Na2SiO3＋2H2O＋CO2H4SiO4↓＋2Na＋＋CO
答案 D
解析 往NaOH溶液中通入适量CO2生成正盐Na2CO3，弱酸的正盐能与酸反应变为酸式盐，所以当CO2过量时即溶液中H2CO3过量时，生成物为NaHCO3，故A式正确；单质硅能和烧碱溶液反应生成硅酸钠和氢气，NaOH是易溶于水的强碱，Na2SiO3是易溶于水的盐，均完全电离，故Na＋可以简化掉，B式正确；石英的成分是二氧化硅，与烧碱发生复分解反应生成硅酸钠和水，故C式正确；碳酸比硅酸酸性强，所以往水玻璃即硅酸钠的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反应物中的Na2SiO3和生成物中的Na2CO3均为易溶于水的盐，能完全电离写成离子形式，并且Na＋可以简化掉，故D式不正确。正确的离子方程式应为：SiO＋2H2O＋CO2H4SiO4↓＋CO。
11．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
答案 D
解析 生石灰的成分是氧化钙，若不含杂质，加盐酸能完全溶解并且无气体生成。加盐酸充分反应后仍有不溶于水的固体，说明有石英杂质存在。加盐酸溶解，但放出无色无味并能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明生石灰中含有石灰石。有关的化学方程式为：CaO＋2HClCaCl2＋H2O；CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑；CO2＋Ca(OH)2CaCO3↓＋H2O。
12．(1)指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。
①SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O( )
②SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑( )
③SiO2＋3C高温,SiC＋2CO↑( )
④SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O( )
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B．弱氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．未参加氧化还原反应
(2)2002年9月26日，中国北京曙光公司研制出了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。
①“龙芯”(芯片)的主要化学成分是________。
②目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是________。
③在计算机长距离联网使用的传输很快的线路中使用的材料叫________，主要化学成分是________。
④如果这种埋在地下的材料裸露在碱性土壤中，结果会断路，用离子方程式说明原因： 。
答案 (1)①C E____________________________________________________。
③D ④A (2)①硅 ②硅 ③光导纤维 SiO2 ④SiO2＋2OH－SiO＋H2O
解析 (1)本题全面考查SiO2的性质，将所给选项结合实际一一对应查找。A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸(HF)参与反应；B中弱氧化性是指反应物SiO2中Si元素得电子，化合价降低；C项表现酸性氧化物的通性是指SiO2与碱反应；D项是指Si元素化合价没有变化。
(2)SiO2属于酸性氧化物，易与碱反应。
13．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。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。
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请填空：
(1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________。
(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____________。
答案 (1) 。
＋4 (2)SiO2
SiO2＋2C高温Si＋2CO↑ (3)CaSiO3 Na2SiO3
解析 本题以框图题的形式考查Si及其化合物的有关知识，框图推断题关键是找准“切入点”。本题切入点为A及B与A、C、D的转化关系及条件。本题侧重考查审题能力、分析推理能力和综合运用知识解决问题的能力。由“A为地壳中含量仅次于氧的非金属单质，晶体结构与金刚石相似”推知A为Si，根据B加碳,高温A＋E，B加氧化钙,高温C，B加氢氧化钙,加热D＋H2O，不难推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3。
14．把26 g含有SiO2和CaCO3的固体在高温下加热至质量不再改变，冷却后称重为17.2 g。(相对原子质量：O：16，Si：28，Ca：40，C：12)
(1)写出有关的化学方程式。
(2)求生成CO2的体积(标准状况)。
(3)求原混合物中所含SiO2的质量。
答案 (1)SiO2＋CaCO3高温CaSiO3＋CO2↑ (2)4.48 L
(3)6 g
解析 解法一：(2)由(1)中的反应方程式可以看出，固体质量的减少为生成的CO2的质量。
m(CO2)＝26 g－17.2 g＝8.8 g
V(CO2)＝×22.4 L·mol－1＝4.48 L
据C原子守恒知：n(CaCO3)＝n(CO2)＝＝0.2 mol
m(CaCO3)＝0.2 mol×100 g·mol－1＝20 g
m(SiO2)＝26 g－20 g＝6 g
解法二：设混合物中SiO2、CaCO3的质量分别为：x，y，
据题意有：x＋y＝26 g①
CaO＋CO2↑，据Ca原子守恒有：n(CaCO3)＝n(CaO)＝
→CaO＋CO2↑，据Ca原子守恒有：n(CaCO3)＝n(CaO)＝
据题意有：x＋×56 g·mol－1＝17.2 g②
解①②两式得：x＝6 g y＝20 g
n(CO2)＝n(CaCO3)＝＝0.2 mol
V(CO2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。
第2课时 硅和硅酸盐
【考点讲练】
1．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
答案 B
解析 SiO2不溶于水也不与水反应，A不正确；在地壳中含量第一的是氧元素，硅占第二位，C不正确；自然界中有游离态的碳(金刚石等)，但是没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素，D不正确。选B。
温馨提示 虽然碳比硅活泼，但是由于硅是亲氧元素，所以碳在自然界中有单质，而硅只能以化合态形式存在。
归纳拓展
硅单质与碳单质的比较
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领悟整合 晶体硅性质较特殊，要掌握硅的特性：(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑；(2)非金属与碱反应一般无氢气放出，但Si可以：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑；(3)非金属单质一般不与无氧酸反应，但Si可以与HF作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑；(4)非金属单质一般为非导体，但Si是良好的半导体。
2．已知石棉是由钙、镁、硅、氧四种元素组成，其中各成分的质量分数约为：Ca 10%，Mg 17%，Si 27%，其余为氧。求：
(1)用SiO2和金属氧化物的形式表示石棉的组成。
(2)石棉中CaO、MgO和SiO2的质量分数。
答案 (1)3MgO·CaO·4SiO2 (2)w(CaO)＝13%，
w(MgO)＝29%，w(SiO2)＝58%
解析 (1)石棉中含氧的质量分数为1－(10%＋17%＋27%)＝46%。则每100份质量的石棉中含Ca、Mg、Si、O原子的物质的量之比为
∶∶∶＝0.25∶0.71∶0.96∶2.88≈1∶3∶4∶12
所以石棉的化学组成可表示为CaMg3Si4O12，氧化物形式为3MgO·CaO·4SiO2。
(2)石棉的相对分子质量为416。石棉组成中CaO、MgO、SiO2的质量分数分别为：
w(CaO)＝×100%＝13% w(MgO)＝×100%＝29%
w(SiO2)＝×100%＝58%
方法探究 我们通常所写的化学式中各元素原子的数目关系，也就是1 mol该物质中所含各元素的物质的量的关系。本题即是此方法的逆运算。
3．下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是( )
A．硅酸钠溶液 B.氢氟酸
C．氢氧化钠溶液 D.氯化钠溶液
答案 AC
解析 玻璃的主要成分之一是二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中；氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞；硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞(原因同氢氧化钠溶液)；氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。
拓展延伸 碱溶液Na2SiO3、Na2CO3等显碱性的盐和氢氟酸，不能用磨口带玻璃塞的试剂瓶保存；强氧化剂、酸、有机试剂不能用橡胶塞的试剂瓶长期保存，氢氟酸保存在铅皿或塑料瓶中。
备课资源 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HCl300℃SiHCl3＋H2
③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点
57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为 。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是 。
装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ，
装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，
装置D中发生反应的化学方程式为 。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是 。
a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
答案 (1)SiO2+2C高温Si＋2CO↑
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
②有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化
SiHCl3＋H21 000～1 100 ℃Si＋3HCl
③排尽装置中的空气
④bd(或c)
解析 (1)根据题意给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑；
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行；(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000～1 100℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否变红来检验。
4．已知Si能与HF(aq)与NaOH(aq)反应：
Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
又知硅及其化合物间存在如图所示的关系：
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其中A是制造芯片和光电池的主要原料：B是含硅化合物中的一种气体；某些C可作干燥剂或催化剂的载体；D是一种黏合剂，能将磨砂玻璃黏合在一起，E是一种比H2CO3酸性还弱的酸。
试回答下列问题：
(1)写出A、C、E的化学式：A________、C________、
E________。
(2)①～⑦反应中，属于氧化还原反应的是________，属于置换反应的是________。
答案 (1)Si SiO2 H2SiO3 (2)①③④ ①
方法技巧 解决推断题的关键是寻找突破口，框图中的物质具有某些特殊的性质、用途。特殊的反应条件、反应类型、特殊的反应物或生成物等通常是解题的关键，如Si及其化合物中，①SiO2为不溶于水的酸性氧化物；②SiO2和Si溶于氢氟酸；③硅与强碱溶液反应产生H2；④SiO2与Si的特殊用途；⑤Si为半导体等。
【课时作业】
1．下列关于硅及硅的化合物的叙述不正确的是( )
①硅的结构和金刚石类似，所以都具有熔点高、硬度大等特点 ②硅是地壳中含量最多的非金属 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材料 ⑤二氧化硅是酸性氧化物，不溶于任何酸
A．①②⑤ B.①⑤ C.③④ D.②⑤
答案 D
解析 硅虽然是非金属，但已经表现出一定的金属性，所以硅及其化合物在性质上表现出一定的特殊性。
2．下列试剂贮存方法正确的是( )
A．氢氟酸用玻璃瓶密封贮存
B．NaOH溶液用磨口玻璃瓶加玻璃塞封存
C．水玻璃用塑料桶敞口放置
D．纯碱溶液可用带橡胶塞的玻璃瓶封存
答案 D
解析 氢氟酸会与玻璃中的SiO2反应；NaOH溶液会与玻璃中的SiO2反应，生成的Na2SiO3具有黏性，会使玻璃瓶颈与瓶塞粘住而不能打开；水玻璃中的Na2SiO3会与空气中的CO2反应而变质。
3．下列物质中，不含有硅酸盐的是( )
A．水玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D .普通水泥
答案 B
解析 水玻璃、黏土、普通水泥中都含有硅酸盐，B项硅芯片其主要成分是单质硅。本题要了解常见硅酸盐及含硅物质。作为电脑硅芯片，所用硅为高纯硅，为单质。常见硅酸盐有水泥、玻璃、陶瓷、黏土等。
4．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )
A．这是一种矿物胶，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．木材、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
答案 D
解析 Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。在空气中发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，故D不正确。
5．有下列几个变化：①Na2CO3Na2SiO3，②SiO2H2SiO3，③Na2SiO3Na2CO3，④Ca(NO3)2CaSiO3。其中不能通过一步反应实现的是( )
A．①② B.②④
C．③④ D.只有②
答案 D
解析 ①Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑，③Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，④Ca(NO3)2＋Na2SiO32NaNO3＋CaSiO3↓。由SiO2制H2SiO3不能一步实现，要先与碱反应，再与酸反应。
6．用二氧化硅和金属氧化物的组成表示硅酸盐的组成，不正确的是( )
A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O] CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石[Mg2SiO4] 2MgO·SiO2
C．正长石[KAlSi3O8] K2O·Al2O3·SiO2
D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4] Al2O3·2SiO2·2H2O
答案 C
解析 用化学式表示的硅酸盐和用氧化物形式表示的硅酸盐，各组成元素的原子个数比应该不变。
7．月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学成分为BenAl2[Si6O18]也可用氧化物
形式表示为nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值为(Be为＋2价)( )
A．1 B.2 C.3 D.4
答案 C
8．露置于空气中一段时间后的水玻璃会变浑浊。向此浑浊溶液中加入稀盐酸，会生成白色沉淀，同时伴随有气泡产生。用化学方程式解释产生上述实验现象的原因：
(1)溶液变浑浊 。
(2)生成白色沉淀 。
(3)产生气泡 。
答案 (1)Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3
(2)Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
(3)Na2CO3＋2HCl2NaCl＋CO2↑＋H2O
9．几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示。
试判断：
(1)写出下列几种物质的化学式：
A ，B ，C ，D ，
E ，F 。
(2)写出下列反应的化学方程式：
B→A 。
B→E 。
(3)写出下列溶液中反应的离子方程式：
A→D 。
D→F 。
答案 (1)Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3 H4SiO4
(2)①SiO2+2C强热Si＋2CO↑
②CaCO3＋SiO2高温CaSiO3＋CO2↑
(3)①Si＋2OH－＋H2OSiO＋2H2↑
②SiO＋CO2＋2H2OH4SiO4↓＋CO
解析 本题考查含硅物质之间的转化，可从B作为突破口解答。
A、B、C、D、E、F均为含硅元素的物质。要推断这些物质，必须选定其中一种作为突破口。
从图中分析B物质涉及的与其他物质的关系最多，其位置关系最为关键，且其中有明显的性质特征。B物质可与Na2O在高温条件下反应生成钠盐D，故B可能为SiO2或硅酸。但硅酸不可能由某物质通过高温强热的方法制取，显然B只能为SiO2。
SiO2与C在强热条件下混合反应可制得单质硅，而单质硅可与NaOH溶液在室温下反应而生成Na2SiO3，所以A为硅，D为Na2SiO3。
在Na2SiO3溶液中通入CO2，将析出原硅酸(H4SiO4)。无论是在Na2SiO3溶液中加入CaCl2，还是SiO2和CaCO3在高温下反应，或者是H4SiO4与CaO共热，都将得到CaSiO3固体。由此可知E为CaSiO3，F为原硅酸。原硅酸在空气中干燥，可失水而成为硅酸。硅酸加热分解为SiO2。故C为硅酸。
备课资源 某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)试验新型的净水剂。试验程序如下：
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已知：Al2O3与纯碱反应的产物是NaAlO2和CO2。试回答下列问题：
①写出混合物A、B、滤液C、沉淀D的主要成分。
A． ；B. ；C. ；D. 。
②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式 。
③沉淀D的化学式是 ，生成该沉淀的离子方程式
④该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有 。
A．玻璃坩埚B.瓷坩埚
C．氧化铝坩埚D.铁坩埚
答案 ①NaAlO2和Na2SiO3 AlCl3和H2SiO3
AlCl3 H2SiO3
②Al2O3＋Na2CO3高温,2NaAlO2＋CO2↑
SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑
③H2SiO3 SiO＋2H＋H2SiO3↓
④D
解析 将土样和纯碱混匀，加热熔融时，土样中的Al2O3和SiO2将与纯碱发生反应，生成铝酸盐和硅酸盐，并溶于水中；而CaO、Fe2O3不与纯碱反应而成为残渣。滤液中的铝酸盐和硅酸盐与盐酸反应，得到溶于水的偏铝酸盐和不溶于水的硅酸。由于陶瓷的成分是硅酸盐，它和氧化铝都会与纯碱反应，因此，在熔融土样时只能选用铁坩埚。
10．硅能与烧碱溶液反应(Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑)，现有42 g硅与足量的烧碱溶液反应，能产生多少升H2(标准状况下)？若把反应后的溶液和过量的盐酸反应，生成的沉淀经高温灼烧，可得到什么物质？质量是多少？
答案 67.2 L SiO2 90 g
解析 设产生的H2在标准状况下的体积为x
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
28 g 44.8 L
42 g x
＝，得x＝67.2 L
反应后的溶液与过量盐酸混合
Na2SiO3＋2HClH2SiO3↓＋2NaCl
H2SiO3△,SiO2＋H2O
由Si元素守恒：生成SiO2的质量为：×60 g·mol－1＝90 g
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第四章 非金属及其化合物
第一节 无机非金属材料的主角——硅
【本节学习要点】
1．了解硅在自然界中的存在，主要物理性质、用途
2．了解二氧化硅的存在，知道石英、水晶、硅石、玛瑙与SiO2的关系，了解SiO2的网状结构，掌握SiO2的化学性质。
3．了解硅酸的性质和制备
4．了解常见硅酸盐的性质和主要用途
【重难点讲解】
重难点一、二氧化硅和硅酸
SiO2与CO2的比较
物质 SiO2 CO2
晶体微粒 Si原子和O原子(不存在SiO2分子) CO2分子
物21世纪教育网理21世纪教育网性[来源:21世纪教育网质[21世纪教育网 熔点 高(1723℃)21世纪教育网 低(－57℃)21世纪教育网[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
沸点 高(2230℃) 低(－79℃)
硬度 大 小
溶解性 不溶于水 常温微溶于水
与水反应 不反应 CO2＋H2O = H2CO3(可逆)
化学性质
与HF酸反应 4HF＋SiO2SiF4↑＋2H2O 不反应
与NaOH溶液 SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O CO2＋NaOHNaHCO3或CO2＋2NaOHNa2CO3＋H2O
与盐反应 SiO2＋Na2CO3高温 Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3高温CaSiO3＋CO2↑(制玻璃) CO2＋Na2SiO3＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3CO2＋Na2CO3＋H2O2NaHCO3
与碱性氧化物反应 CaO＋SiO2高温 CaSiO3 CaO＋CO2CaCO3Na2O＋CO2Na2CO3
与C反应 SiO2＋2C高温=Si＋2CO↑ C＋CO2△=2CO
相同点 ①都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。②都有弱氧化性
特别提醒
(1)SiO2中硅元素为＋4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。
(2)SiO2是酸性氧化物与水不反应，只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。
(3)实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。
(4)Na2SiO3溶液易与空气中的CO2反应生成H2SiO3，故应密封保存。
(5)因HF能腐蚀玻璃，所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸，也不能用玻璃塞。氢氟酸可用于雕刻玻璃。
重难点、酸盐和硅单质
1．硅的化学性质与制备
(1)硅的化学性质
①常温下，除与F2、HF酸、强碱反应外，硅不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等其他物质反应
与F2反应：Si＋2F2=SiF4
与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑
与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑
②加热时，Si能与O2、Cl2等反应
Si＋O2=高温SiO2
Si＋2Cl2=高温,SiCl4
(2)硅的制备
①制取粗硅
SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑
②粗硅的提纯：SiCl2,SiCl4H2,Si＋HCl
Si＋2Cl2高温,SiCl4，SiCl4＋2H2高温,Si＋4HCl
特别提醒
C与SiO2反应，产物为CO，而不是CO2，粗硅先与Cl2反应，生成挥发性的SiCl4，挥发出来的SiCl4再与H2反应生成Si和HCl。
2．硅及其化合物的“特性”小结
(1)硅的“特性”
①非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体是良好的半导体材料。
②Si的还原性大于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)高温,Si(粗硅)＋2CO↑。
③非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2：Si＋2NaOH＋H2O,Na2SiO3＋2H2↑。
金属?H2＋金属氧化物金属＋H2O,单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。,(2)硅的化合物“特性”,①酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。,SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O,②SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。,③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。,④硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液，并不是碱。,⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下，Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑也能发生。,3.硅酸盐的表示方法,方法和步骤,(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,(2)在各氧化物前添上未知数x、y、z等,(3)依据原子守恒列出等式，求出x、y、z等,(4)x、y、z的具体数值写在氧化物前面,(5)氧化物之间以“·”隔开，若系数配置出现分数应化为整数。,例如：正长石KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。,特别提醒 ,(1)由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。,(2)在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如2MgO·SiO2表示2个MgO和1个SiO2，不能认为是2(MgO·SiO2)。
【典例精讲】
题型1硅及其化合物的应用
【例1】 下列表述正确的是( )
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化学家采用玛瑙研钵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 本题主要考查学生对身边常见的化学制品的了解情况。侧重考查学生应用化学知识解释和解决身边化学问题的能力。人造刚玉主要成分为Al2O3，①错；玛瑙的主要成分是SiO2；③水泥主要成分是硅酸盐，正确；④变色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物质AgBr等，并加入极少光敏化剂如CuO等制成，故④错。
答案 D
变色眼镜的玻璃片中含有少量溴化银和微量的氧化铜(作催化剂)，当玻璃受到阳光照射时，发生2AgBr光,CuO2Ag＋Br2反应，而使玻璃由无色变成灰黑色，把玻璃放到暗处，又因发生2Ag＋Br2CuO,2AgBr反应，而使玻璃由灰黑色变成无色。在制造普通玻璃时常加入少量Cu2O可使玻璃显红色。
题型2硅酸盐组成表示方法
【例2】 高岭土的组成可表示为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 本题涉及两个未知数x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，因而要用不定方程的知识求解。,根据化合价规则，Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，则有2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，化简得2x＋y＝14，将A、B、C、D中的x、y值代入，只有B项符合方程。
答案 B
考查硅酸盐的表达形式，一般利用化合物中化合价的代数和等于零的规则来列方程求解。解此类题时所列方程要正确。,
题型3硅及其化合物的转化关系,
【例3】 X、Y、Z、W 。,有如下图所示的转化关系：,
(1)推断各、物质的名称：X________，Y_______________，Z________，W ,________。
(2)写出化学方程式：W→X ,
(3)写出离子方程式：
Y→Z ,
X→Y_________________________________________________________。
解析 由X和X 。,的转化条件分析，X是硅，X 。,是二氧化硅，且这两种物质都能与NaOH溶液反应，生成硅酸钠(Na2SiO3)，SiO2又可以由硅酸加热分解制得，所以，推断正确。,答案 (1)硅 硅酸钠 硅酸 二氧化硅,(2)SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑,(3)SiO＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋CO,SiO2＋2OH－SiO＋H2O, 。,B0001#。25]
善于根据特殊反应或特殊反应条件或特殊反应现象作出假设，然后以验证的形式进行判断，对于解答较隐蔽的推断题，是一种较好的策略。
题型4硅酸盐
【例4】 矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。例如，钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4
将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：,①KAlSi3O8____________________。,②Al2Si2O5(OH)4____________________。(2)这个反应能够发生的原因是 。,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水。,则KAlSi3O8为K2O·Al2O3·6SiO2,Al2Si2O5(OH)4为Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)从方程式可知H2CO3制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。
答案 (1)①K2O·Al2O3·6SiO2,②Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸,
①硅酸盐无论以何种形式表示，其组成及成分是固定不变的，即性质是不变的；②硅酸盐用氧化物的形式表示时，必须遵循各元素化合价不变的原则。,
【自测题】
1.下列说法不正确的是( )
A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或者SiO2不是H2SiO3对应的酸酐
B.CO2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸沉淀
C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
D.氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
答案 A
解析 SiO2中Si呈＋4价，H2SiO3中Si呈＋4价，且H2SiO3△,SiO2＋H2O，SiO2是H2SiO3的酸酐，故A项错误。
2.实验室中固体试剂可以放在广口瓶中保存，液体试剂放在细口瓶中储存，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中。以下物质必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中的是( ),①KOH溶液 ②Na2SiO3溶液 ③盐酸 ④氢氟酸 ⑤澄清石灰水 ⑥硝酸 ⑦NaOH溶液
A.①②⑤ B.①②④⑤
C.①②④⑤ D.①②④⑤⑦
答案 D
3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )
A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中
C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
答案 A
解析 本题考查硅的性质。晶体硅的结构与金刚石相似，是具有空间立体网状结构的原子晶体，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的存在，主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于自然界中；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。
4.将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A.①②③④ B.②④ C.①②③ D.②③
答案 B
解析 H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象(弱酸不能制强酸)；过量CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量发生反应：Ca(OH)2＋CO2CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO22NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出。
5.在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质。据此填空。,
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(1)写出各物质的化学式：,A. 、B. 、C. 、E. 、,F.________。,(2)D________________________________________________________。,与a溶液反应的离子方程式是 。,②C与过量HNO3反应的离子方程式是 。
答案 (1)Si SiO2 Na2SiO3 H2SiO3 H2,(2)①Si＋2OH－＋H2O=SiO＋2H2↑,②SiO＋2H＋=H2SiO3↓(或SiO＋2H＋＋H2OH4SiO4↓)
解析 A是单质，则B是A的氧化物，E是一种白色沉淀。由图中所给出的关系知，E、C中均应含有A元素。加过量的HNO3能生成白色沉淀，中学阶段只有H2SiO3(或H4SiO4)符合题意，因此，B为SiO2，A为Si，C为Na2SiO3，D为H2O，F为H2。
6.某普通玻璃中，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比为1∶1∶4，请回答下列问题：,(1)该玻璃如以aNa2O·bCaO·mSiO2表示其组成，则a∶b∶m＝________。,(2)若要制备1 000 kg上述玻璃需原料的质量分别是________________________，生产过程中产生________L CO2(标准状况)。,Na2O·SiO2，CaSiO3→Na2O·SiO2，CaSiO3→CaO·SiO2，则可得到：a∶b∶m＝1∶1∶6。(2)制玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3、SiO2，由(1)可知玻璃的组成为Na2O·CaO·6SiO2，根据原子守恒可以得到下列计算关系,Na2O·CaO·6SiO2 ～ Na2CO3 ～,478 g 106 g,1 000×103 g m(Na2CO3),CaCO3 ～ 。,B]6SiO2 ～ 。,B]2CO2,100 g 。,]6×60 g 。,]2×22.4 L,m(CaCO3) 。,]m(SiO2) 。,]V(CO2),解得：m(Na2CO3) 。,B]＝, 。,]＝221.8×103 g＝221.8 kg,m(CaCO3)＝＝209×103 g＝209 kg,m(SiO2)＝＝753.1×103 g＝753.1 kg,V(CO2)＝＝9.37×104 L,答案 (1)1∶1∶6,(2)Na2CO3：221.8 kg；CaCO3：209 kg；SiO2：753.1 kg,9.37×104
第1课时 二氧化硅和硅酸盐
【考点讲练】
1．下列说法正确的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
B．根据反应SiO2＋CaCO3高温,CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸的酸性比碳酸强
C．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得澄清的硅酸溶液
D．二氧化硅常被用来制造光导纤维
答案 D
解析 二氧化硅是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应。SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O；反应SiO2＋CaCO3高温,CaSiO3＋CO2↑只有在高温下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强；只要比较硅酸和碳酸的酸性强弱就是要比较它们在水溶液中电离出H＋的难易程度，如CO2＋H2O＋Na2SiO3Na2CO3＋H2SiO3↓，符合强酸制弱酸的规律，也可说明碳酸的酸性比硅酸的强，但由于硅酸难溶于水，不能得到溶液；SiO2是光导纤维的主要成分，光导纤维可以用SiO2来制造。
误区警示 (1)酸性氧化物是指与碱反应生成盐和水的氧化物，不一定与水反应生成酸。SiO2不溶于水，但与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物，对应酸为H2SiO3。
(2)强酸制弱酸的反应是在水溶液中反应的规律
CaCO3＋SiO2高温,CaSiO3＋CO2↑是在高温下的反应，不符合强酸制弱酸的原理。
2．写出以SiO2为原料制备H2SiO3的化学方程式__________________。
答案 SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，
Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
或Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，
Na2SiO3＋2CO2＋2H2O2NaHCO3＋H2SiO3↓
解析 一般来说，受热易分解的酸或碱，其对应的氧化物不能与水反应，如H2SiO3△,H2O＋SiO2，则SiO2不能与水反应；Cu(OH)2△,CuO＋H2O，则CuO不能与水反应。硅酸不能溶于水，且不能溶于(HCl、H2SO4、HNO3等)强酸。不溶于强酸的物质还有：CuS、AgS、PbS、HgS、AgCl、AgBr、AgI、BaSO4等。
3．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(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，分液漏斗中所盛试剂应为______________。
(2)装置B所盛的试剂是________，其作用是 。
答案 (1)盐酸 (2)饱和NaHCO3溶液 除去盐酸中挥发出的HCl气体
解析 考查对强酸制弱酸原理的应用。注意B装置的作用是除去盐酸挥发出的HCl气体
否则对C装置证明碳酸酸性强于硅酸形成干扰。
【课时作业】
1．二氧化硅是酸酐(即酸性氧化物)的原因是( )
A．它溶于水得相应的酸
B．它对应的水化物是可溶性强酸
C．它与强碱溶液反应只生成盐和水
D．它是非金属氧化物
答案 C
解析 从酸性氧化物的概念来分析，酸性氧化物是指能够与碱反应生成盐和水的氧化物，由于SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，所以SiO2是酸性氧化物。SiO2不溶于水，对应的酸H2SiO3不是强酸。
2．熔融氢氧化钠反应选用的器皿是( )
A．陶瓷坩埚 B.石英坩埚
C．普通玻璃坩埚 D.生铁坩埚
答案 D
解析 陶瓷的成分中含有SiO2，石英的成分就是SiO2，玻璃的主要成分中也含有SiO2，而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应：
SiO2＋2NaOH高温,Na2SiO3＋H2O
所以A、B、C的器皿都不能选用，只能用生铁坩埚。
3．下列叙述中，正确的是( )
A．自然界中存在大量的游离态的硅
B．石英、水晶、玛瑙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．自然界中硅都存在于石英中
答案 B
解析 自然界中的硅，都以化合态存在，硅是亲氧元素，主要以氧化物及硅酸盐形式存在，如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅性质稳定。
4．下列关于硅酸的叙述中错误的是( )
A．硅酸是一种很弱的酸
B．硅酸不稳定，加热脱水会产生二氧化硅
C．硅酸可由二氧化硅与水反应制得
D．硅酸应由可溶性硅酸盐与盐酸或二氧化碳反应制得
答案 C
解析 硅酸是一种比碳酸的酸性还弱的弱酸，难溶于水，受热不稳定易分解；制备H2SiO3时应向可溶性的硅酸盐的溶液里通入CO2或加入盐酸等来制备，可见A、B、D项正确。虽然SiO2是硅酸的酸酐，但因SiO2难溶于水且不跟水反应，所以不能用SiO2与H2O反应来制H2SiO3，C错。
5．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是( )
A．CO2 →H2CO3 B。SiO2→Na2SiO3
C．Na2CO3 →Na2CO3 D。H2SiO3→H2SiO3
答案 D
解析 由于SiO2不溶于水也不与水反应，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2与强碱反应制得可溶性硅酸盐后，再与其他酸反应才能制得H2SiO3。
6．在反应SiO2＋3C高温,SiC＋2CO↑中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为( )
A．1∶3 B.3∶1 C．2∶1 D.1∶2
答案 D
解析 根据化合价升降规律，可确定C既为氧化剂又为还原剂，假设3 mol C参与反应，化合价降低的C即氧化剂为1 mol，化合价升高的C即还原剂为2 mol，因此二者的物质的量之比为1∶2。分析化合价变化，来确立氧化剂和还原剂；由得失电子数相等确定氧化剂与还原剂的物质的量之比(或质量比)。注意产物是CO而不是CO2。
7．下列各组物质间，不能发生反应的是( )
A．二氧化硅与氧化钙(高温)
B．二氧化硅与氢氧化钠(常温)
C．二氧化硅与碳(高温)
D．二氧化硅与浓硝酸(常温)
答案 D
解析 在高温下SiO2能被C还原。在众多的酸中能与SiO2反应的只有HF。
8．下列离子在水溶液中能大量共存的是( )
A．H＋、K＋、HCO、Ca2＋
B．OH－、Na＋、Mg2＋、HCO
C．Na＋、H＋、Cl－、NO
D．Na＋、SiO、H＋、Cl－
答案 C
解析 A中H＋可与HCO发生反应：H＋＋HCOH2O＋CO2↑而不能大量共存；B中OH－与Mg2＋、HCO不能大量共存：Mg2＋＋2OH－Mg(OH)2↓，OH－＋HCOCO＋H2O；D中2H＋＋SiOH2SiO3↓。
9．实验室保存试剂的方法正确的是( )
A．氢氟酸存放在带橡皮塞的玻璃瓶中
B．氢氧化钙溶液存放在配有磨口玻璃塞的玻璃瓶中
C．NaOH溶液存放在带橡皮塞的细口玻璃瓶中
D．氢氧化钠固体盛放在带橡皮塞的细口玻璃瓶中
答案 C
解析 氢氟酸能与玻璃中的二氧化硅(SiO2)反应，选项A错误；氢氧化钙溶液呈碱性，选项B错误；氢氧化钠固体盛放在广口瓶中，选项D错误。要根据物质性质选用合适的保存试剂的方法。
10．下列离子方程式书写不正确的是( )
A．往NaOH溶液中通入过量CO2：
CO2＋OH－HCO
B．单质硅与烧碱溶液反应：
Si＋2OH－＋H2OSiO＋2H2↑
C．石英砂与烧碱反应制水玻璃：
SiO2＋2OH－SiO＋H2O
D．往水玻璃中通入二氧化碳：
Na2SiO3＋2H2O＋CO2H4SiO4↓＋2Na＋＋CO
答案 D
解析 往NaOH溶液中通入适量CO2生成正盐Na2CO3，弱酸的正盐能与酸反应变为酸式盐，所以当CO2过量时即溶液中H2CO3过量时，生成物为NaHCO3，故A式正确；单质硅能和烧碱溶液反应生成硅酸钠和氢气，NaOH是易溶于水的强碱，Na2SiO3是易溶于水的盐，均完全电离，故Na＋可以简化掉，B式正确；石英的成分是二氧化硅，与烧碱发生复分解反应生成硅酸钠和水，故C式正确；碳酸比硅酸酸性强，所以往水玻璃即硅酸钠的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反应物中的Na2SiO3和生成物中的Na2CO3均为易溶于水的盐，能完全电离写成离子形式，并且Na＋可以简化掉，故D式不正确。正确的离子方程式应为：SiO＋2H2O＋CO2H4SiO4↓＋CO。
11．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
答案 D
解析 生石灰的成分是氧化钙，若不含杂质，加盐酸能完全溶解并且无气体生成。加盐酸充分反应后仍有不溶于水的固体，说明有石英杂质存在。加盐酸溶解，但放出无色无味并能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明生石灰中含有石灰石。有关的化学方程式为：CaO＋2HClCaCl2＋H2O；CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑；CO2＋Ca(OH)2CaCO3↓＋H2O。
12．(1)指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。
①SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O( )
②SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑( )
③SiO2＋3C高温,SiC＋2CO↑( )
④SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O( )
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B．弱氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．未参加氧化还原反应
(2)2002年9月26日，中国北京曙光公司研制出了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。
①“龙芯”(芯片)的主要化学成分是________。
②目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是________。
③在计算机长距离联网使用的传输很快的线路中使用的材料叫________，主要化学成分是________。
④如果这种埋在地下的材料裸露在碱性土壤中，结果会断路，用离子方程式说明原因： 。
答案 (1)①C E____________________________________________________。
③D ④A (2)①硅 ②硅 ③光导纤维 SiO2 ④SiO2＋2OH－SiO＋H2O
解析 (1)本题全面考查SiO2的性质，将所给选项结合实际一一对应查找。A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸(HF)参与反应；B中弱氧化性是指反应物SiO2中Si元素得电子，化合价降低；C项表现酸性氧化物的通性是指SiO2与碱反应；D项是指Si元素化合价没有变化。
(2)SiO2属于酸性氧化物，易与碱反应。
13．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。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。
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请填空：
(1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________。
(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____________。
答案 (1) 。
＋4 (2)SiO2
SiO2＋2C高温Si＋2CO↑ (3)CaSiO3 Na2SiO3
解析 本题以框图题的形式考查Si及其化合物的有关知识，框图推断题关键是找准“切入点”。本题切入点为A及B与A、C、D的转化关系及条件。本题侧重考查审题能力、分析推理能力和综合运用知识解决问题的能力。由“A为地壳中含量仅次于氧的非金属单质，晶体结构与金刚石相似”推知A为Si，根据B加碳,高温A＋E，B加氧化钙,高温C，B加氢氧化钙,加热D＋H2O，不难推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3。
14．把26 g含有SiO2和CaCO3的固体在高温下加热至质量不再改变，冷却后称重为17.2 g。(相对原子质量：O：16，Si：28，Ca：40，C：12)
(1)写出有关的化学方程式。
(2)求生成CO2的体积(标准状况)。
(3)求原混合物中所含SiO2的质量。
答案 (1)SiO2＋CaCO3高温CaSiO3＋CO2↑ (2)4.48 L
(3)6 g
解析 解法一：(2)由(1)中的反应方程式可以看出，固体质量的减少为生成的CO2的质量。
m(CO2)＝26 g－17.2 g＝8.8 g
V(CO2)＝×22.4 L·mol－1＝4.48 L
据C原子守恒知：n(CaCO3)＝n(CO2)＝＝0.2 mol
m(CaCO3)＝0.2 mol×100 g·mol－1＝20 g
m(SiO2)＝26 g－20 g＝6 g
解法二：设混合物中SiO2、CaCO3的质量分别为：x，y，
据题意有：x＋y＝26 g①
CaO＋CO2↑，据Ca原子守恒有：n(CaCO3)＝n(CaO)＝
→CaO＋CO2↑，据Ca原子守恒有：n(CaCO3)＝n(CaO)＝
据题意有：x＋×56 g·mol－1＝17.2 g②
解①②两式得：x＝6 g y＝20 g
n(CO2)＝n(CaCO3)＝＝0.2 mol
V(CO2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。
第2课时 硅和硅酸盐
【考点讲练】
1．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
答案 B
解析 SiO2不溶于水也不与水反应，A不正确；在地壳中含量第一的是氧元素，硅占第二位，C不正确；自然界中有游离态的碳(金刚石等)，但是没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素，D不正确。选B。
温馨提示 虽然碳比硅活泼，但是由于硅是亲氧元素，所以碳在自然界中有单质，而硅只能以化合态形式存在。
归纳拓展
硅单质与碳单质的比较
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领悟整合 晶体硅性质较特殊，要掌握硅的特性：(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑；(2)非金属与碱反应一般无氢气放出，但Si可以：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑；(3)非金属单质一般不与无氧酸反应，但Si可以与HF作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑；(4)非金属单质一般为非导体，但Si是良好的半导体。
2．已知石棉是由钙、镁、硅、氧四种元素组成，其中各成分的质量分数约为：Ca 10%，Mg 17%，Si 27%，其余为氧。求：
(1)用SiO2和金属氧化物的形式表示石棉的组成。
(2)石棉中CaO、MgO和SiO2的质量分数。
答案 (1)3MgO·CaO·4SiO2 (2)w(CaO)＝13%，
w(MgO)＝29%，w(SiO2)＝58%
解析 (1)石棉中含氧的质量分数为1－(10%＋17%＋27%)＝46%。则每100份质量的石棉中含Ca、Mg、Si、O原子的物质的量之比为
∶∶∶＝0.25∶0.71∶0.96∶2.88≈1∶3∶4∶12
所以石棉的化学组成可表示为CaMg3Si4O12，氧化物形式为3MgO·CaO·4SiO2。
(2)石棉的相对分子质量为416。石棉组成中CaO、MgO、SiO2的质量分数分别为：
w(CaO)＝×100%＝13% w(MgO)＝×100%＝29%
w(SiO2)＝×100%＝58%
方法探究 我们通常所写的化学式中各元素原子的数目关系，也就是1 mol该物质中所含各元素的物质的量的关系。本题即是此方法的逆运算。
3．下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是( )
A．硅酸钠溶液 B.氢氟酸
C．氢氧化钠溶液 D.氯化钠溶液
答案 AC
解析 玻璃的主要成分之一是二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中；氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞；硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞(原因同氢氧化钠溶液)；氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。
拓展延伸 碱溶液Na2SiO3、Na2CO3等显碱性的盐和氢氟酸，不能用磨口带玻璃塞的试剂瓶保存；强氧化剂、酸、有机试剂不能用橡胶塞的试剂瓶长期保存，氢氟酸保存在铅皿或塑料瓶中。
备课资源 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HCl300℃SiHCl3＋H2
③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点
57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为 。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是 。
装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ，
装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，
装置D中发生反应的化学方程式为 。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是 。
a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
答案 (1)SiO2+2C高温Si＋2CO↑
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
②有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化
SiHCl3＋H21 000～1 100 ℃Si＋3HCl
③排尽装置中的空气
④bd(或c)
解析 (1)根据题意给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑；
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行；(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000～1 100℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否变红来检验。
4．已知Si能与HF(aq)与NaOH(aq)反应：
Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
又知硅及其化合物间存在如图所示的关系：
( http: / / www.21cnjy.com )
其中A是制造芯片和光电池的主要原料：B是含硅化合物中的一种气体；某些C可作干燥剂或催化剂的载体；D是一种黏合剂，能将磨砂玻璃黏合在一起，E是一种比H2CO3酸性还弱的酸。
试回答下列问题：
(1)写出A、C、E的化学式：A________、C________、
E________。
(2)①～⑦反应中，属于氧化还原反应的是________，属于置换反应的是________。
答案 (1)Si SiO2 H2SiO3 (2)①③④ ①
方法技巧 解决推断题的关键是寻找突破口，框图中的物质具有某些特殊的性质、用途。特殊的反应条件、反应类型、特殊的反应物或生成物等通常是解题的关键，如Si及其化合物中，①SiO2为不溶于水的酸性氧化物；②SiO2和Si溶于氢氟酸；③硅与强碱溶液反应产生H2；④SiO2与Si的特殊用途；⑤Si为半导体等。
【课时作业】
1．下列关于硅及硅的化合物的叙述不正确的是( )
①硅的结构和金刚石类似，所以都具有熔点高、硬度大等特点 ②硅是地壳中含量最多的非金属 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材料 ⑤二氧化硅是酸性氧化物，不溶于任何酸
A．①②⑤ B.①⑤ C.③④ D.②⑤
答案 D
解析 硅虽然是非金属，但已经表现出一定的金属性，所以硅及其化合物在性质上表现出一定的特殊性。
2．下列试剂贮存方法正确的是( )
A．氢氟酸用玻璃瓶密封贮存
B．NaOH溶液用磨口玻璃瓶加玻璃塞封存
C．水玻璃用塑料桶敞口放置
D．纯碱溶液可用带橡胶塞的玻璃瓶封存
答案 D
解析 氢氟酸会与玻璃中的SiO2反应；NaOH溶液会与玻璃中的SiO2反应，生成的Na2SiO3具有黏性，会使玻璃瓶颈与瓶塞粘住而不能打开；水玻璃中的Na2SiO3会与空气中的CO2反应而变质。
3．下列物质中，不含有硅酸盐的是( )
A．水玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D .普通水泥
答案 B
解析 水玻璃、黏土、普通水泥中都含有硅酸盐，B项硅芯片其主要成分是单质硅。本题要了解常见硅酸盐及含硅物质。作为电脑硅芯片，所用硅为高纯硅，为单质。常见硅酸盐有水泥、玻璃、陶瓷、黏土等。
4．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )
A．这是一种矿物胶，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．木材、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
答案 D
解析 Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。在空气中发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，故D不正确。
5．有下列几个变化：①Na2CO3Na2SiO3，②SiO2H2SiO3，③Na2SiO3Na2CO3，④Ca(NO3)2CaSiO3。其中不能通过一步反应实现的是( )
A．①② B.②④
C．③④ D.只有②
答案 D
解析 ①Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑，③Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，④Ca(NO3)2＋Na2SiO32NaNO3＋CaSiO3↓。由SiO2制H2SiO3不能一步实现，要先与碱反应，再与酸反应。
6．用二氧化硅和金属氧化物的组成表示硅酸盐的组成，不正确的是( )
A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O] CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石[Mg2SiO4] 2MgO·SiO2
C．正长石[KAlSi3O8] K2O·Al2O3·SiO2
D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4] Al2O3·2SiO2·2H2O
答案 C
解析 用化学式表示的硅酸盐和用氧化物形式表示的硅酸盐，各组成元素的原子个数比应该不变。
7．月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学成分为BenAl2[Si6O18]也可用氧化物
形式表示为nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值为(Be为＋2价)( )
A．1 B.2 C.3 D.4
答案 C
8．露置于空气中一段时间后的水玻璃会变浑浊。向此浑浊溶液中加入稀盐酸，会生成白色沉淀，同时伴随有气泡产生。用化学方程式解释产生上述实验现象的原因：
(1)溶液变浑浊 。
(2)生成白色沉淀 。
(3)产生气泡 。
答案 (1)Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3
(2)Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
(3)Na2CO3＋2HCl2NaCl＋CO2↑＋H2O
9．几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示。
试判断：
(1)写出下列几种物质的化学式：
A ，B ，C ，D ，
E ，F 。
(2)写出下列反应的化学方程式：
B→A 。
B→E 。
(3)写出下列溶液中反应的离子方程式：
A→D 。
D→F 。
答案 (1)Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3 H4SiO4
(2)①SiO2+2C强热Si＋2CO↑
②CaCO3＋SiO2高温CaSiO3＋CO2↑
(3)①Si＋2OH－＋H2OSiO＋2H2↑
②SiO＋CO2＋2H2OH4SiO4↓＋CO
解析 本题考查含硅物质之间的转化，可从B作为突破口解答。
A、B、C、D、E、F均为含硅元素的物质。要推断这些物质，必须选定其中一种作为突破口。
从图中分析B物质涉及的与其他物质的关系最多，其位置关系最为关键，且其中有明显的性质特征。B物质可与Na2O在高温条件下反应生成钠盐D，故B可能为SiO2或硅酸。但硅酸不可能由某物质通过高温强热的方法制取，显然B只能为SiO2。
SiO2与C在强热条件下混合反应可制得单质硅，而单质硅可与NaOH溶液在室温下反应而生成Na2SiO3，所以A为硅，D为Na2SiO3。
在Na2SiO3溶液中通入CO2，将析出原硅酸(H4SiO4)。无论是在Na2SiO3溶液中加入CaCl2，还是SiO2和CaCO3在高温下反应，或者是H4SiO4与CaO共热，都将得到CaSiO3固体。由此可知E为CaSiO3，F为原硅酸。原硅酸在空气中干燥，可失水而成为硅酸。硅酸加热分解为SiO2。故C为硅酸。
备课资源 某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)试验新型的净水剂。试验程序如下：
( http: / / www.21cnjy.com )
已知：Al2O3与纯碱反应的产物是NaAlO2和CO2。试回答下列问题：
①写出混合物A、B、滤液C、沉淀D的主要成分。
A． ；B. ；C. ；D. 。
②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式 。
③沉淀D的化学式是 ，生成该沉淀的离子方程式
④该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有 。
A．玻璃坩埚B.瓷坩埚
C．氧化铝坩埚D.铁坩埚
答案 ①NaAlO2和Na2SiO3 AlCl3和H2SiO3
AlCl3 H2SiO3
②Al2O3＋Na2CO3高温,2NaAlO2＋CO2↑
SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑
③H2SiO3 SiO＋2H＋H2SiO3↓
④D
解析 将土样和纯碱混匀，加热熔融时，土样中的Al2O3和SiO2将与纯碱发生反应，生成铝酸盐和硅酸盐，并溶于水中；而CaO、Fe2O3不与纯碱反应而成为残渣。滤液中的铝酸盐和硅酸盐与盐酸反应，得到溶于水的偏铝酸盐和不溶于水的硅酸。由于陶瓷的成分是硅酸盐，它和氧化铝都会与纯碱反应，因此，在熔融土样时只能选用铁坩埚。
10．硅能与烧碱溶液反应(Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑)，现有42 g硅与足量的烧碱溶液反应，能产生多少升H2(标准状况下)？若把反应后的溶液和过量的盐酸反应，生成的沉淀经高温灼烧，可得到什么物质？质量是多少？
答案 67.2 L SiO2 90 g
解析 设产生的H2在标准状况下的体积为x
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
28 g 44.8 L
42 g x
＝，得x＝67.2 L
反应后的溶液与过量盐酸混合
Na2SiO3＋2HClH2SiO3↓＋2NaCl
H2SiO3△,SiO2＋H2O
由Si元素守恒：生成SiO2的质量为：×60 g·mol－1＝90 g
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