必修一4.1无机非金属材料的主角——硅 学案+随堂练习+课后练习（有答案）

中小学教育资源及组卷应用平台
4.1
无机非金属材料的主角——硅
一、二氧化硅和硅酸
1．硅元素的存在
2．二氧化硅(SiO2)
(1)存在
SiO2的存在形式有______形和______形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是______的二氧化硅。
(2)结构
SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为______的比例组成的_______结构的晶体。每个硅原子周围结合___个O原子，每个O周围结合____个Si原子。
(3)物理性质
熔点____；硬度____；溶解性：___溶于水。
(4)化学性质(写出有关化学方程式)
(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原料，可以制作___________。
③_______和_______制作饰物和工艺品。
④实验室中使用石英坩埚。
3．硅酸(H2SiO3)
(1)物理性质：硅酸是一种___溶于水的______胶状物。
(2)化学性质
①弱酸性
向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀，反应的化学方程式为____________________________________。
结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性_____。
②不稳定性
H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为_______________________。
(3)制备
Na2SiO3溶液中加入盐酸，反应的化学方程式为_______________________________。
(4)存在及用途
①浓度小且边加边振荡时，形成_______________(胶体)；浓度大时，形成硅酸凝胶。
②硅胶
硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有很强的_______，常用作_________或__________的载体。
4．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＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑
CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3CO2＋H2O＋Na2SiO3===
H2SiO3↓＋Na2CO3
与碳反应
SiO2＋2CSi＋2CO↑
CO2＋C2CO
二、硅酸盐和硅单质
1．硅酸盐的组成与表示
(1)定义：由____、___和______组成的化合物的总称。
(2)性质：结构复杂，大多不溶于水，化学性质稳定。
(3)表示：通常以二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如，
①Na2SiO3：___________。
②长石(KAlSi3O8)：____________。
③镁橄榄石(Mg2SiO4)：____________。
2．以氧化物形式表示硅酸盐组成的方法
(1)方法：找出组成元素；写出氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗漏。
(2)氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
(3)氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，扩大倍数化为整数。
(4)氧化物之间用“·”隔开。
3．最简单的硅酸盐——Na2SiO3
4．三种常见的硅酸盐产品——无机非金属材料
产品
原料
主要设备
主要成分
水泥
___________
水泥回转窑
硅酸二钙2CaO·SiO2硅酸三钙3CaO·SiO2铝酸三钙3CaO·Al2O3
玻璃
_______________
玻璃窑
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
_________
—
—
5．其他含硅物质
(1)SiC：俗称________，类似金刚石的结构和性能。
(2)含4%硅的硅钢具有______性，用作变压器铁芯。
(3)硅橡胶：耐高温又耐低温。
(4)人造分子筛：作______剂和_______剂。
6．硅单质
(1)种类及结构
单质硅分为晶体和________两种，晶体硅的结构与_________类似。
(2)性质
①物理性质
色、态
光泽
熔点
硬度
质地
导电性
灰黑色固体光泽
金属
高
大
脆
半导体
②硅单质性质的特殊性
a．一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅和金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
b．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
c．Si的还原性大于C，但单质C在高温下能从SiO2中还原出Si：_______________。
d．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且反应能放出氢气：____________________________。
e．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：_________________。
(3)
Si的制备与提纯
SiO2粗SiSiCl4Si
(4)用途
①_________材料，如硅芯片等。
②新型能源，如_________等。
参考答案：
4.1
无机非金属材料的主角——硅
一、二氧化硅和硅酸
1．氧
+4
2．(1)结晶
无定
结晶
(2)
1∶2
立体网状
4
2
(3)高
大
不
(4)
SiO2＋CaOCaSiO3↑
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
SiO2＋2CSi＋2CO↑
(5)光导纤维
石英
玛瑙
3．(1)白色
(2)
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
H2SiO3H2O＋SiO2
(3)
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)
(4)硅酸溶胶
吸水性
干燥剂
催化剂
二、硅酸盐和硅单质
1．硅
氧
金属
Na2O·SiO2
K2O·Al2O3·6SiO2
2MgO·SiO2
3．水玻璃
4．石灰石、黏土
纯碱、石灰石和石英砂
黏土
5．金刚砂
导磁
吸附
催化
6．无定形
金刚石
SiO2＋2CSi＋2CO↑
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
半导体
光电池
4.1
无机非金属材料的主角——硅
随堂练习
一、二氧化硅和硅酸
1．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是(　　)
A．水晶的主要成分是二氧化硅
B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别
C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸
D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应
2．下列说法不正确的是(　　)
A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物
B．在反应SiO2＋2CSi＋2CO↑中SiO2作氧化剂
C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
D．氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
3．下列关于硅酸的说法正确的是(　　)
A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得
B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质
C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应
D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂
4．碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是(　　)
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C．高温下SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成CO2
D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
5．为了进一步确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，有人设计用下图所示装置进行一次实验即可达到目的(不必再选用其他酸性溶液)。
请回答：
(1)A中的化学反应方程式可能为__________________________________。
(2)B装置的作用是_____________________________________________。
(3)C中的现象有_____________，反应离子方程式为__________________。
(4)根据实验，三种酸的强弱顺序为_____________，其依据为______________________。
二、硅酸盐和硅单质
1．下列关于硅酸盐的说法中正确的是(　　)
A．硅酸盐都难溶于水
B．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂
C．硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的
D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅
2．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．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]，表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
3．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是(　　)
A．它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀
B．水玻璃是生产玻璃的主要原料之一
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
4．硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是(　　)
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C．反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂
D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
5．下图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。其中，B是一种单质，其余物质也都是含B元素的化合物。C是一种钠盐，E是C对应的酸，B的结构类似金刚石，D为B的氧化物(其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去)。请填写空白：
(1)A、D、E的化学式分别为________、________、________。
(2)A和B的相互转化在工业上有什么实际意义？
__________________________________________________________。
(3)写出D→C反应的化学方程式：__________________________________________。
(4)写出E→D反应的化学方程式：__________________________________________。
4.1
无机非金属材料的主角——硅
随堂练习
答案
一、二氧化硅和硅酸
1．D
2．A
3．D
4．B
5．(1)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
(2)除去CO2中的HCl，防止HCl与Na2SiO3反应
(3)产生白色胶状沉淀　CO2＋H2O＋SiO===H2SiO3(胶体)＋CO
(4)HCl>H2CO3>H2SiO3　强酸制弱酸
二、硅酸盐和硅单质
1．B
2．D
3．C
4．A
5．(1)SiCl4　SiO2　H2SiO3
(2)粗硅提纯
(3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(4)H2SiO3SiO2＋H2O
4.1
二氧化硅和硅酸
练习题
1．下列物质中主要成分不是二氧化硅的是(　　)
A．干冰
B．水晶
C．玛瑙
D．硅石
2．下列说法正确的是(　　)
A．SiO2能和水发生化合反应生成硅酸
B．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸
C．SiO2的俗名叫石英，能溶于水
D．SiO2又叫水晶，能溶于NaOH溶液中
3．下列不需要用到二氧化硅的是(　　)
A．光导纤维
B．半导体材料
C．石英钟表
D．普通玻璃
4．熔融烧碱应选用的器皿是(　　)
A．石英坩埚
B．普通玻璃坩埚
C．生铁坩埚
D．陶瓷坩埚(含有SiO2)
5．下列说法不正确的是(　　)
A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物
B．在反应SiO2＋2CSi＋2CO↑中SiO2作氧化剂
C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
D．氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
6．下列叙述正确的是(　　)
A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D．SiO2晶体熔、沸点高，硬度大，故可用于制作光导纤维
7．石英沙(主要成分SiO2)是一种常见工业原料，其中常混有少量碳酸钙。要除去石英沙中的少量碳酸钙，应采用的方法是(　　)
A．用稀硫酸溶解后过滤分离
B．用酒精灯加热
C．用水溶解后过滤分离
D．用稀盐酸溶解后过滤分离
8．下列变化不能一步实现的是(　　)
A．Na2SiO3→H2SiO3
B．H2SiO3→SiO2
C．SiO2→H2SiO3
D．SiO2→Na2SiO3
9．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，分液漏斗所盛试剂应为____________。
(2)装置B所盛的试剂是____________，其作用是______________________________。
(3)装置C所盛试剂是_________________________________________________，C中反应的离子方程式是____________________________________________________。
(4)由此可得出的结论是：酸性：________>________>________。
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________。
11．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是(　　)
A．水晶的主要成分是二氧化硅
B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别
C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸
D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应
12．下列关于碳酸(H2CO3)和硅酸(H2SiO3)的说法中不正确的是(　　)
A．两者均为弱酸
B．两者均可使紫色石蕊溶液变红色
C．CO2气体通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸
D．两者受热时均可以分解
13．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
14．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
15．在一定条件下，下列物质不能和SiO2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氟气
A．③⑤⑦⑧
B．⑤⑦⑧
C．⑤⑧
D．⑤
16．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
17．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
18．现有硅酸钠、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
19．如何用所提供的试剂和方法除去各混合物粉末中的杂质(括号内为杂质)？将所选答案的编号填入表中相应的空格内(如果不需补加试剂，则对应答案栏可空着)。
可供选择的试剂：A．盐酸
B．NaOH溶液　C．O2　D．H2O　E．CO2
可供选择的操作：①分液　②加热　③过滤　④结晶
序号
粉末状混合物
所加试剂
主要操作
(1)
SiO2(CaCO3)
(2)
CaCO3(SiO2)
(3)
NaCl(SiO2)
(4)
SiO2(Fe2O3)
(5)
SiO2(H2SiO3)
(6)
SiO2(Na2SO4)
20．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________。
4.1
二氧化硅和硅酸
练习题
答案
1．A　
2．D　
3．B　
4．C　
5．A　
6．C　
7．D　
8．C　
9．(1)盐酸
(2)饱和NaHCO3溶液　吸收HCl气体
(3)Na2SiO3溶液
SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
(4)HCl　H2CO3　H2SiO3
10．(1)3　(2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(3)C、Fe2O3
(4)H2SiO3SiO2＋H2O
(5)坩埚　泥三角
11．D　
12．B　
13．B　
14．B　
15．D　
16．D　
17．C　
18．B　
19．(1)A　③　(2)B　③　(3)D　③、④　(4)A　③
(5)不加试剂　②　(6)D　③
20．(1)　＋4
(2)SiO2　SiO2＋2CSi＋2CO↑
(3)CaSiO3　Na2SiO3
21世纪教育网
www.21cnjy.com
精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
HYPERLINK
"http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
"
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
5