课时作业
A篇·知识对点训练
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
答案 B
解析 水玻璃是Na2SiO3的水溶液，黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸盐，硅芯片的主要成分是硅单质。
2．下列说法错误的是( )
A．二氧化硅是光导纤维的主要原料
B．硅是信息技术的关键材料
C．陶瓷餐具所用材料为硅酸盐
D．水晶镜片所用原料为硅酸盐
答案 D
解析 水晶、光导纤维主要成分为SiO2。Si用于信息产业及太阳能电池。传统硅酸盐材料是陶瓷、水泥、玻璃。
3．下列叙述正确的是( )
A．Na2SiO3是硅酸盐，所以不溶于水
B．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐
C．建筑工业常用水玻璃作黏合剂
D．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火
答案 C
解析 Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水，Na2SiO3能溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。
4．下列物质是纯净物的是( )
A．玻璃 B．水泥 C．纯碱 D．水玻璃
答案 C
解析 玻璃、水泥均是多种硅酸盐的混合物，水玻璃是Na2SiO3的水溶液，也是混合物；纯碱Na2CO3是纯净物。
5．制取下列物质不需要用石灰石作原料的是( )
A．硅酸 B．水泥 C．玻璃 D．生石灰
答案 A
解析 硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。
6．镁橄榄石(2MgO·SiO2)中阴离子是( )
A．SiO B．SiO C．SiO D．SiO
答案 A
解析 将镁橄榄石写成硅酸盐的形式，其化学式为Mg2SiO4，故阴离子为SiO。
7．下列关于SiO2和CO2的说法中不正确的是( )
A．CO2和SiO2都能与碱及碱性氧化物反应
B．CO2和SiO2都能与水反应生成相应的酸
C．CO2和SiO2都能与焦炭反应生成CO
D．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
答案 B
解析 CO2能与水反应生成碳酸，但SiO2不能与水反应生成相应的酸，B错误。
8．不能与SiO2发生反应的物质是( )
A．烧碱溶液 B．氧化钙
C．浓硝酸 D．焦炭
答案 C
解析 除HF外SiO2不与其他酸反应。
9．二氧化硅气凝胶是一种世界上最轻的固体，可以经受住1 kg炸药的爆炸威力。下列有关说法正确的是 ( )
A．利用二氧化硅气凝胶能够开发导电材料
B．激光照射二氧化硅气凝胶可产生丁达尔效应
C．计算机芯片的主要成分是二氧化硅
D．二氧化硅气凝胶能溶于水
答案 B
解析 二氧化硅不导电，A错误；二氧化硅气凝胶属于胶体，能产生丁达尔效应，B正确；计算机芯片的主要成分是单晶硅，C错误；二氧化硅不溶于水，D错误。
10．在半导体工业中有这样一句话：“从沙滩到用户”，其中由粗硅制纯硅的常用方法为Si(粗)＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。“从沙滩到用户”涉及多个反应，其中制取粗硅的反应方程式为__________________。纯净的石英与烧碱反应可以制得水玻璃，反应的离子方程式为____________________________________。
答案 SiO2＋2CSi＋2CO↑
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
B篇·综合提升训练
11．化学在生产生活和科学研究中具有重要的作用。下列说法正确的是( )
①石英的主要成分是二氧化硅
②三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
③太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能
④二氧化硅的熔点高，硬度大，所以可用来制造电子部件和光学器件
⑤水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
A．①②③ B．②④⑤
C．③④⑤ D．①②③④
答案 A
解析 石英的主要成分是二氧化硅；水泥属于传统硅酸盐产品；太阳能电池的主要成分是硅；水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；硅是半导体材料，可制造电子部件，二氧化硅光学性能优良，可制光学器件。综上所述，选A。
12．已知滑石粉的化学式为Mg3Si4O10(OH)2，色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是( )
A．滑石粉属于无机硅酸盐类物质
B．滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2O
C．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性
D．滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应
答案 C
解析 硅酸盐是由硅、氧元素与其他元素组成的一类无机物的总称，故滑石粉属于无机硅酸盐类物质，A正确；可以将硅酸盐改写成氧化物的形式，B正确；爽身粉中添加滑石粉，主要是利用它的滑爽、柔软、干燥的特点，与耐火性无关，C错误；滑石粉中可能含有SiO2，可以与氢氟酸、NaOH溶液发生反应，D正确。
13．《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
答案 C
解析 “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。因此，A、B、D均正确。
14．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是( )
A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出
B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C．加热至高温，观察是否有气体冒出，是否有硅酸钙生成
D．先加入过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现
答案 D
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。
15．下表各组物质中，满足如图所示一步转化关系的选项是( )
选项
X
Y
Z
A
C
CO
CO2
B
Si
SiO2
H2SiO3
C
Na
NaOH
Na2CO3
D
Mg
MgSO4
Mg(OH)2
答案 A
解析 C不完全燃烧得到CO，CO继续燃烧生成CO2，Mg在CO2中燃烧可得到C，A正确；B项，SiO2不能一步转化为H2SiO3，H2SiO3也不能一步转化为Si；C项，Na2CO3不能一步转化为Na；D项，Mg(OH)2不能一步转化为Mg。
16．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＋2CSi＋2CO↑
答案 B
解析 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＋2CSi＋2CO↑，正确。
17．铝硅合金具有熔点低、凝固时收缩率小等优点，适合铸造。现取试样10.0 g，放在纯净氧气中完全燃烧，燃烧后的固体经称量发现比原来试样增重9.23 g，由此计算硅铝合金中硅的质量分数约为( )
A．12.3% B．15.4% C．13.4% D．17.0%
答案 C
解析 铝、硅燃烧反应的化学方程式分别为4Al＋3O22Al2O3，Si＋O2SiO2。固体增重质量就是参加反应的氧气的质量。设Si的质量为x g，则Al的质量为(10－x) g，根据化学反应方程式知，铝消耗的氧气的质量为96(10－x)÷108，硅消耗的氧气的质量为32x÷28,96(10－x)÷108＋32x÷28＝9.23 g，解得x≈1.34 g，硅铝合金中硅的质量分数为1.34 g÷10.0 g×100%＝13.4%。
18．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如图所示。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)组成A单质的元素的最高化合价为________。
(2)B的化学式为______，B和碳反应生成A和E的化学方程式为_________。
(3)C的化学式为______________，D的化学式为______________。
答案 (1)＋4价
(2)SiO2 SiO2＋2CSi＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na2SiO3
解析 由本题题眼“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”，推知A为硅；根据框图B＋碳―→Si＋E，B既能与氧化钙反应又能与氢氧化钠反应，推知B为二氧化硅，进一步推知C为硅酸钙，D为硅酸钠，E为一氧化碳。
19．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粗硅与干燥的Cl2反应制得SiCl4：Si＋2Cl2SiCl4。
③SiCl4被过量的H2在1000～1100 ℃时还原制得纯硅。
某同学从资料中查知：SiCl4的熔点为－70 ℃，沸点为57.6 ℃，其在潮湿的空气中能与水发生反应而变质。该同学设计了以下制取纯硅的实验装置(热源及夹持装置略去)。
请回答下列问题：
(1)为使SiCl4从装置B中逸出与氢气混合，应采取的措施是
_________________________________________。
(2)盛放稀硫酸的仪器名称为________，装置A中发生反应的离子方程式为________________________________________。
(3)装置C能否采用普通玻璃管？________(选填“能”或“不能”)，原因是____________________________。
(4)已知SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢，为防止空气污染，含有SiCl4的尾气要通入盛有________溶液的烧杯中。
(5)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，还应对该装置进行的改进是___________________________。
答案 (1)对装置B进行水浴加热
(2)分液漏斗 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(3)不能 在1000～1100 ℃时普通玻璃管会软化
(4)NaOH
(5)在装置A与装置B之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶(或盛有碱石灰的干燥管)
解析 (1)SiCl4的沸点较低(57.6 ℃)，欲使其逸出烧瓶与装置C中的H2反应，需对装置B进行水浴加热。
(3)由于H2与SiCl4在1000～1100 ℃时反应制得纯硅，反应温度高，普通玻璃管在此温度下会软化，因此需要用石英管。
(5)为了防止装置A中的水蒸气进入装置B中，应在装置A、B之间加一干燥装置。
第三节 无机非金属材料
[明确学习目标] 1.知道常见的硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷及生产它们的主要原料。2.了解高纯硅的制备原理。知道硅和二氧化硅的用途。3.知道一些新型的无机非金属材料硅和二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料等。
学生自主学习
硅酸盐材料
1．无机非金属材料多含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。
2．硅酸盐材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥等。
3．在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
4．下列硅酸盐材料的主要原料分别是：
陶瓷：黏土；玻璃：纯碱、石灰石、石英砂；水泥：黏土和石灰石。
新型无机非金属材料
1．硅元素在周期表中的位置为：第三周期、第ⅣA族，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。
高纯硅的制备原理为：SiO2＋2CSi＋2CO↑；
Si＋3HClSiHCl3＋H2；SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
高纯硅可用于生产计算机芯片和硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤维。
2．常见的新型陶瓷有：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
碳化硅——俗称金刚砂——具有类似金刚石结构——硬度很大——可作砂纸、砂轮的磨料。
3．碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
1．单质硅在常温下化学性质稳定，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？为什么？
提示：不正确。硅属于亲氧元素，虽然在常温下稳定，但在漫长的地质年代中，硅元素和氧结合在一起，都以化合态存在，主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。
2．实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
提示：玻璃中含有SiO2，SiO2与碱反应生成具有黏合作用的硅酸盐，使瓶口和瓶塞黏结在一起而难以开启。
课堂互动探究
一、二氧化硅
1．硅元素的存在
2．二氧化硅
(1)存在
SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是SiO2。
(2)结构
SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的正四面体结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个Si原子。
(3)物理性质
熔点高，硬度大，难溶于水。
(4)化学性质
(5)用途
①沙子是基本的建筑材料。
②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。
③石英和玛瑙用来制作饰物和工艺品。
④实验室中使用的石英坩埚。
二、常见的硅酸盐——Na2SiO3
实验探究：
硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃。
三、硅酸盐氧化物形式的书写
硅酸盐由于组成比较复杂，通常用氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：
(1)顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水；氧化物之间以“·”隔开。
(2)原则：各元素原子总个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。
例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成Na2O·Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
(3)各元素的化合价不能改变。
矿泉水一般是由岩石风化后，被地下水溶解其中的可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为：
2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4
(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。
①KAlSi3O8_____________________________________________________。
②Al2Si2O5(OH)4_________________________________________________。
(2)上述反应能够发生的原因是__________________________。
[批注点拨]
[解析] (1)将硅酸盐化学式写成氧化物时，需将氧以外的元素写成同价态的氧化物，并按活动性顺序排列，用“·”将它们连接起来，各种元素原子个数比符合原来的组成。
(2)此反应属于酸与盐发生的复分解反应，能发生的原因是酸性：H2CO3>H2SiO3。
[答案] (1)①K2O·Al2O3·6SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O (2)H2CO3的酸性比H2SiO3强
[练1] 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( )
A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·SiO2
C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．硅酸铜钡(BaCuSi2O6)，表示为BaO·CuO·2SiO2
答案 D
解析 A项，Ca(Al2Si3O10)·3H2O应改为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O(排序错)；B项，Mg2SiO4应改为2MgO·SiO2(不能在系数中出现分数)；C项，
K2Al6Si6H4O24应改为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(排序错)。
[练2] 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
答案 B
解析 CO2溶于水：CO2＋H2O??H2CO3，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；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，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溶解度小而结晶析出，故选B。
规律方法
强酸制弱酸原理
强酸可与弱酸盐反应生成相应的弱酸和强酸盐，而弱酸一般不与强酸盐反应。如：
(1)2CH3COONa＋H2SO4===2CH3COOH＋Na2SO4;
(2)2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋H2O＋CO2↑；
(3)Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；
(4)CaCl2＋CO2＋H2O不反应。
本课归纳总结
1.硅酸钠水溶液俗称水玻璃，常用于制备黏合剂、防腐剂和耐火材料。
2．传统的无机非金属材料主要有水泥、玻璃和陶瓷。
3．硅以化合态存在于自然界中，常用作半导体材料和合金材料。
4．石英、水晶、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。
5．必记的几个反应
(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑
(2)Si＋3HClSiHCl3＋H2
(3)SiHCl3＋H2Si＋3HCl
(4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(5)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
学习效果检测
1．SiO2属于酸性氧化物的理由主要是( )
A．硅是非金属元素
B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸
C．SiO2能与强碱反应生成盐和水
D．SiO2不能与酸反应
答案 C
2．在①浓硝酸、②水、③盐酸、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，常温时能与二氧化硅起化学反应的有( )
A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
答案 C
3．和空气接触可发生非氧化还原反应的物质是( )
①Na ②Na2SiO3溶液 ③Na2O2 ④烧碱溶液
⑤石灰水 ⑥Fe(OH)2
A．①③④ B．②④⑤
C．②③⑥ D．①④⑤
答案 B
解析 Na在空气中与O2反应生成Na2O；Na2O2在空气中与CO2和H2O均能反应生成O2；Fe(OH)2在空气中与O2和水反应生成Fe(OH)3，以上过程均有元素化合价的变化，是氧化还原反应。
4．下列说法正确的是( )
A．CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，说明酸性：H2CO3>H2SiO3
B．SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性：H2SiO3>H2CO3
C．在复分解反应中必须是酸性强的生成酸性弱的
D．已知酸性：H2CO3>HClO>HCO，则CO2＋H2O＋2NaClO===Na2CO3＋2HClO
答案 A
解析 由于H2CO3能与盐反应生成H2SiO3，则说明H2CO3酸性大于H2SiO3，A正确；在B项中，由于在高温条件下反应，CO2为气体溢出，不能说明酸性强弱；在C项中，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4，此反应为弱酸生成强酸；在D项中由HClO>HCO，产物应为NaHCO3。
5．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中( )
A．具有玻璃塞的细口瓶 B．具有玻璃塞的广口瓶
C．带滴管的滴瓶 D．具有橡胶塞的细口瓶
答案 D
解析 NaOH、KOH等碱性溶液能与玻璃中的SiO2反应生成具有黏性的物质，将瓶塞和瓶口黏结在一起以及液体存放在细口瓶中，固体存放在广口瓶中。
6．某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；
②Mg在点燃的条件下按质量比8∶5与SiO2反应生成一种白色固体化合物和另一种硅化物；
③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH4；
④Si和SiO2均不能与稀H2SO4反应；
⑤SiH4在空气中自燃。
他们的研究报告中记载着“……选用合适的物质在适合的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期的63%左右。”请回答下列问题：
(1)该小组“实验室制Si”的化学反应方程式是________________。
(2)写出②的反应方程式：______________________________________。
(3)该过程中产率比预期低的原因是________________________________。
(4)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是什么？请用必要的文字和化学方程式予以说明：_________________。
答案 (1)2C＋SiO2Si＋2CO↑
(2)SiO2＋4Mg2MgO＋Mg2Si
(3)部分硅与镁反应生成了硅化镁
(4)SiH4能自燃，而有爆鸣声和火花就是由SiH4的自燃引起的，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
解析 (1)碳可以在高温下还原SiO2制得Si。反应的化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑。
(2)(3)Mg与SiO2反应类似于Mg与CO2的反应，先生成MgO和Si，Si再和Mg反应生成Mg2Si，故可生成MgO和Mg2Si。
