《无机非金属材料的主角—硅》
培优练习
1．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，投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解
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
3.有下列四个变化：①Na2CO3/Na2SiO3，②SiO2→H2SiO3，③Na2SiO3→Na2CO3，④Ca(NO3)2→CaSiO3，其中不能通过一步反应实现的是( )
A.①② B.②④
C.③④ D.只有②
4．搪瓷是SiO2含量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，因此广泛用于日常生活用品中，下列有关SiO2的说法不正确的是( )
A．SiO2可读作二氧化硅
B．SiO2中Si原子与O原子个数比为1∶2
C．SiO2的化学性质稳定
D．SiO2中Si元素的化合价是＋2价
5.下列实验室保存试剂的方法正确的是( )
A.氢氟酸存放在带有橡胶塞的棕色玻璃瓶中
B.碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液存放在配有磨口玻璃塞的棕色玻璃瓶中
C.氯化铁溶液存放在铜制容器中
D.氢氧化钠溶液盛放在带有橡胶塞的玻璃瓶中
6．除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：①加水溶解 ②加水煮沸
③过滤 ④加稀盐酸 ⑤加稀H2SO4，正确的操作顺序是( )
A．①③ B．④③
C．⑤③ D．②③
7．形形色色的硅酸盐存在于地球的每一个角落，在人类的生活和生产中扮演着重要的角色，下列说法不正确的是( )
A．古代的陶瓷、砖瓦、现代的玻璃、水泥等，都是硅酸盐产品
B．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料
C．硅酸、二氧化硅、硅酸钠及硅酸盐产品均属于电解质
D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
8．关于工业制金刚砂的反应：SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列说法正确的是( )
A．SiO2是氧化剂，C为还原剂
B．碳的还原性比硅强
C．氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1
D．1 mol SiO2参与反应时，转移电子4 mol
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________。
10．（每空3分，共12分）硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
―→
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：
______________________________________________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：______________________________________________________________；
H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是
______________________________________________________________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
参考答案
1、【答案】D
【解析】解析：SiO2不溶于除氢氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸，且CaCO3溶于盐酸有气泡生成，SiO2可以溶于NaOH溶液。
2、【答案】D
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。
3、【答案】D
解析：Na2CO3可以和SiO2在高温下反应得到Na2SiO3；SiO2是不溶于水的酸性氧化物，不能和水反应生成H2SiO3；向Na2SiO3溶液中通入适量的CO2可得到Na2CO3；Ca(NO3)2溶液和Na2SiO3溶液反应可得到CaSiO3。
4、【答案】D
解析：A项，由化学式的读法可知，SiO2可读作二氧化硅，故A正确；B项，由化学式的意义可知，SiO2中Si原子与O原子个数比为1∶2，故B正确；C项，由题意可知，搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉，有极好的耐腐蚀性能，说明了SiO2的化学性质稳定，故C正确；D项，由化合物中正负化合价的代数和为零的原则，可求出SiO2中Si元素的化合价是＋4价，故D不正确。
5、【答案】D
解析：氢氟酸能腐蚀玻璃，A项错误；碳酸钠溶液和氢氧化钙溶液呈碱性，能与SiO2反应，B项错误；氯化铁溶液会溶解铜，C项错误；氢氧化钠溶液可盛放在带有橡胶塞的玻璃瓶中，D项正确。
6、【答案】B
解析：加稀盐酸与CaO、CaCO3反应生成CaCl2溶液，然后过滤得到SiO2固体。注意不能选用稀H2SO4，因CaSO4微溶，不易分离出SiO2。
7、【答案】C
解析：水泥、玻璃、陶瓷属于传统的无机非金属材料，主要成分都是硅酸盐，A正确；晶体硅是半导体材料，B正确；二氧化硅是非电解质，硅酸盐产品是混合物，而电解质是化合物，C错误；硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式表示，D正确。
8、【答案】D
解析 由价态变化知该反应是单质碳自身的氧化还原反应，作为氧化剂和还原剂的碳的物质的量之比为1∶2，故选D。
9、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＋2CSi＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na2SiO3
10解析：(1)①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。②写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H2，并配平。
(2)A项水泥是硅酸盐材料；B、C选项根据硅的化合物的用途可知，两项说法都正确；D项中玻璃是混合物，没有固定熔点；E项盐酸和硅不反应。
答案：(1)①SiHCl3＋H2Si＋3HCl ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑ 氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3 (2)BC
《无机非金属材料的主角—硅》
基础练习
1.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
2.光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一。瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得的突破性成就。光导纤维的主要成分是( )
A．Si B．SiO2
C．Na2SiO3 D．SiCl4
3．在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是( )
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤硝酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙 ⑧氮气
A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧
C．⑤⑧ D．⑤
4.下列关于硅的说法正确的是( )
①硅在自然界中以游离态和化合态两种形式存在
②水泥是硅酸盐材料 ③单质硅是良好的半导体
④氮化硅陶瓷是新型的无机非金属材料 ⑤光导纤维属于硅酸盐产品 ⑥水玻璃可以用作木材防火剂
A.①③④⑥ B.②③④⑤
C.①②⑤⑥ D.②③④⑥
5.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
6.氧化锆陶瓷系列和磷酸钙陶瓷系列属于新型无机非金属材料，都可以用于制造人造骨骼，这是利用了它们的( )
A.耐高温和强度高 B.光学特性
C.电学特性 D.生物功能
7．现有硫酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是( )
A．纯水 B．盐酸
C．硝酸银溶液 D．碳酸钠溶液
8．下列关于二氧化硅的叙述正确的是( )
A．二氧化硅晶体是由SiO2分子构成的，它的熔点高、硬度大
B．可用石英坩埚熔融烧碱
C．二氧化硅可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维
D．二氧化硅能溶于氢氟酸中，这是由它的晶体结构决定的
9.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SiO2+CaCO3/CaSiO3+CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强
C.水玻璃的化学性质稳定,在空气中不易变质
D.在反应SiO2+2C/Si+2CO↑中SiO2作氧化剂
10.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
11.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是( )
A.CO2、SiO2都是酸性氧化物
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
①浓硝酸 ②NaOH溶液 ③HF溶液 ④浓硫酸 ⑤NaCl溶液 ⑥Na2SiO3溶液
A.①②③④⑥ B.①②③④
C.②③④⑤ D.②③⑥
13．化学与人类社会可持续发展密切相关，能源、环境、材料以及日常生活等都离不开化学。
(1)硅是无机非金属材料的主角。请你举出两种含硅的材料名称________、________。
(2)硅最重要的氧化物是二氧化硅，是玻璃的主要成分，那么存放氢氧化钠溶液的试剂瓶不用玻璃塞的原因是__________________。有关反应的方程式为____________________________。
(3)氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，氟化氢也不能用玻璃仪器制备，其主要原因是 ________________________。有关反应方程式为____________________________________。
14． (1)用两种方法鉴别下列两种白色粉末状物质。
Na2CO3和SiO2______________________________________________________；
______________________________________________________。
(2)欲鉴别CaCO3和Na2SiO3，某同学分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，指出他观察到的现象：
CaCO3：______________________________________________；
Na2SiO3：______________________________________________。
（3）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。该反应的化学方程式为_______________________________________________。
该反应中氧化剂与还原剂的质量比为__________________。
15．硅胶和石英的主要成分都是SiO2，前者是结构疏松的SiO2，后者是结构致密的SiO2。二者成分相同，结构不同，化学性质相同，物理性质上表现出差别，具有不同的用途。由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式(是离子反应的写出离子方程式)。
(1)用NaOH(aq)溶解石英：___________________________________________________。
(2)过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生：________________________________________________。
(3)微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：________________________________________________________________________。
写出硅胶的一种用途：________________________________________________。
参考答案
1、【答案】B
2、【答案】B
3、【答案】C
4、【答案】D
5、【答案】B
6、【答案】D
7、【答案】B
8、【答案】C
9、【答案】D
10、【答案】D
11、【答案】A
12、【答案】D
13、【答案】(1)玻璃 水泥 陶瓷 光导纤维等(任意两种，合理即可)
(2)玻璃的主要成分为SiO2，与NaOH溶液反应生成了黏性的Na2SiO3，将瓶口瓶塞黏在一起 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(3)因为HF能腐蚀玻璃 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
14、【解析】(3)①Si与N2反应前后，N、Si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，N2为氧化剂，碳元素价态升高，C单质为还原剂，其质量比为(2 mol×28 g/mol)∶(6 mol×12 g/mol)＝7∶9。
【答案】 (1)加水溶解法：能溶于水的是Na2CO3，不溶于水的是SiO2
焰色反应法：焰色反应为黄色的是Na2CO3，余者为SiO2[或酸液产气法：分别取少许待测粉末，滴加稀盐酸，能够产生气体的是Na2CO3，不反应的是SiO2。化学方程式：Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑(答两种合理方法即可)]（每个2分）
(2)产生无色气体 产生白色沉淀（每空2分）
(3)①AC（2分）
②3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO （3分） 7∶9（3分）
15、【解析】(1)石英的主要成分是酸性氧化物SiO2，与碱反应生成盐和水：2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O。(2)过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na2SiO3(aq)，硅酸是弱酸，Na2SiO3与盐酸发生复分解反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。(3)微热，H2SiO3(aq)浓缩，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶：H2SiO3/H2O↑＋SiO2。硅胶的制备过程：
石英(SiO2)Na2SiO3H2SiO3/硅胶(SiO2)。硅胶的主要用途有两个：作干燥剂或作催化剂的载体。
【答案】 (1)2OH－＋SiO2===SiO＋H2O
(2)SiO＋2H＋===H2SiO3↓
(3)H2SiO3/H2O↑＋SiO2 干燥剂(或催化剂载体)
《无机非金属材料的主角—硅》
提升练习
1.下列说法中不正确的是( )
A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或者说SiO2不是H2SiO3的酸酐
B.CO2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸胶状沉淀
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
2.近年来科学家才得知大多数古瓷中所用颜料为硅酸盐，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.易溶于强酸和强碱
D.x等于6
3．用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”的字样，则该溶液是( )
A．盐酸 B．氢氟酸
C．烧碱 D．饱和食盐水
4．将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液 ②浓Na2SiO3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
8．下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是( )
/
A．SiO2属于两性氧化物
B．酸性：H2SiO3>H2CO3
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
10．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的成分为：
组分
SiO2
C
Na2O
K2O
Al2O3
Fe2O3
质量分数
59.20
38.80
0.25
0.50
0.64
0.61
通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。
/
请回答下列问题：
(1)根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物最多有________类。
(2)步骤①中涉及SiO2反应的离子方程式为________________________________。
(3)滤渣A的成分有________________。(填化学式)
(4)步骤③反应的化学方程式为_________________________________________。
(5)实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、________和________。
参考答案
1、【答案】A
【解析】解析：。酸酐是含氧酸脱去一分子或几分子水后剩余的部分，与其水溶性无关，SiO2是H2SiO3的酸酐，故A项错误；B项发生的反应是Na2SiO3+CO2(少量)+H2O/H2SiO3↓+Na2CO3；D项发生的反应是SiO2+4HF/SiF4↑+2H2O。
2、【答案】C
解析：BaCuSi2Ox中Ba为+2价，Cu为+2价，Si为+4价，O为-2价，由化合价规则：(+2)+(+2)+2×(+4)+(-2)×x=0，得x=6，则用氧化物形式表示硅酸铜钡为BaO·CuO·2SiO2，A、D项正确；由题干信息可知硅酸铜钡性质稳定，不易脱色，故B项正确，C项错误。
3、【答案】B
解析：根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液不反应，无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量会发生如下反应：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而有结晶析出。
4、【答案】C
解析：选C SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3>H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应。
5、解析：(1)根据氧化物的性质可以把氧化物分为碱性氧化物、酸性氧化物、两性氧化物3类，稻壳灰中的SiO2属于酸性氧化物，Na2O、K2O属于碱性氧化物、Al2O3属于两性氧化物；
(2)步骤①中涉及SiO2与OH－反应生成SiO和H2O，离子方程式是SiO2＋2OH－===SiO＋H2O；
(3)稻壳灰的成分中SiO2、Al2O3与NaOH反应，Na2O、K2O与H2O反应，而C与Fe2O3均不反应，所以滤渣A的成分是C、Fe2O3；
(4)滤液A中含有SiO、AlO，加入过量稀盐酸，则AlO与过量的稀盐酸反应生成
Al3＋，SiO与过量的稀盐酸反应生成H2SiO3沉淀，过滤得到H2SiO3，煅烧生成SiO2和H2O，化学方程式是H2SiO3SiO2＋H2O；
(5)煅烧固体时，需要将固体放在坩埚中，坩埚放在泥三角上，泥三角放在三脚架上，用酒精灯加热，用坩埚钳取下坩埚，所以还需要坩埚和泥三角。
答案：(1)3 (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(3)C、Fe2O3 (4)H2SiO3SiO2＋H2O
(5)坩埚 泥三角
