知识讲解-无机非金属材料的主角（提高）

1 无机非金属材料的主角——硅 【学习目标】 1、掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，粗硅的制法； 2、认识硅酸盐作为无机非金属材料的特性及其用途。 【要点梳理】 要点一、二氧化硅 【高清课堂：无机非金属材料的主角——硅 ID：395499#二氧化硅的性质探究】 1．二氧化碳与二氧化硅性质比较 CO2 SiO2 存 在 空气 硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等 物理性质 熔、沸点低，溶于水 熔点高，硬度大，不溶于水 类别 酸性氧化物 酸性氧化物 与水反应 CO2+H2O=H2CO3 不反应 与 NaOH 反应 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 与 CaO 反应 CO2+CaO=CaCO3 SiO2+CaO CaSiO3 与酸反应 不反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（二氧化硅的特 性） 弱氧化性 C+ CO2 =2CO SiO2+2C Si+2CO↑ 化 学 性 质 与某些盐 Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑ （工业制玻璃） 用 途 人工降雨 ①水晶可用于电子工业的部件、光学仪 器、工艺品 ②SiO2 是制光导纤维的重要原料 ③较纯的石英用于制造石英玻璃 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材 料 要点诠释： （1）由于玻璃的成分中含有 SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 （2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。 （3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的 SiO2 反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅 皿中。 2．二氧化硅的用途 常被用作石英表中的压电材料，高性能的现代通讯材料——光导纤维。 3．二氧化硅的结构特点 在 SiO2 晶体中，每个 Si 周围结合 4 个 O，Si 在中心，O 在 4 个顶角；许多这样的四 面 体 又通过顶角的 O 相连接，每个 O 为两个四面体所共有，即每个 O 与 2 个 Si 相结合。实际上，SiO2 晶体是由 Si 高温 高温 高温 高温2 和 O 按 1∶2 的比例所组成的立体网状结构的晶体。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。 要点二、硅酸（H2SiO3） 1．硅酸的性质 硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，能形成胶体。硅酸经干燥脱水形成硅酸干凝胶——“硅胶”。 硅 酸 的 酸 性 很 弱 ， 比 碳 酸 的 酸 性 还 弱 ， 在 与 碱 反 应 时 只 能 与 强 碱 反 应 。 如 ： H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。 硅酸的热稳定性很差，受热分解为 SiO2 和 H2O。 2．硅酸的制取 由于 SiO2 不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。 Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl， Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（证明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。 要点三、硅酸盐 1．硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。一般不溶于水，稳定性高。它是构成岩石和土壤的 主要成分，硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常用氧化物的形式来表示其组成。例如：硅酸钠 Na2SiO3 （Na2O·SiO2），高岭石 Al2Si2O5(OH)4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。 书写顺序为：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。 注意事项：（1）氧化物之间以“· ”隔开；（2）计量数配置出现分数应化为整数。 例如：钾长石 KAlSi3O8 不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成 K2O·Al2O3·6SiO2。 2．常用的硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。 3．无机非金属材料。 （1）传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥。 （2）新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 要点四、硅的单质 1．硅的化学性质。 在常温下，硅的化学性质不活泼。不与 O2、Cl2、H2SO4、HNO3 等反应。但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。 （1）硅和氟气反应：Si+2F2==SiF4。 （2）硅和氢氟酸反应：Si+4HF==SiF4↑+2H2↑。 （3）硅和氢氧化钠溶液反应：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。 （4）硅在氧气中加热：Si+O2 SiO2。 规律总结：硅与烧碱溶液反应的实质是： Si+3H2O H2SiO3+2H2↑， H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。 从分步反应看，起氧化作用的只是 H2O，而 NaOH 既不是氧化剂又不是还原剂，仅为反应物。其电子转移 情况为： 2．硅的工业制法。 △ △ 1 2 1 23 3．晶体硅的用途。 用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。 【典型例题】 类型一、 SiO2 的性质和用途 例 1、在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（　 ） 　　①焦炭　 ②纯碱　 ③碳酸钙　 ④氢氟酸　 ⑤浓硝酸　 ⑥烧碱溶液　 ⑦氧化钙　 ⑧氮气 　　A．③⑤⑦⑧　 B．⑤⑦⑧　 C．⑤⑧　 D．⑤ 【答案】C 【解析】SiO2 作为酸性氧化物，可与强碱和碱性氧化物反应，在常温下 SiO2 可与氢氟酸反应，在加热时 SiO2 可被焦炭还原，可与碳酸钙、纯碱反应。 【总结升华】二氧化硅的化学性质很稳定，常温下只与氢氟酸、强碱溶液反应，在加热条件下可体现二氧化 硅酸性氧化物的通性。 举一反三： 【变式 1】不能用磨口玻璃塞的试剂瓶贮存的一组物质是（　 ） 　　A．溴水、氯水、碘水 　　B．氢溴酸、盐酸、氢硫酸 　　C．浓硝酸、浓硫酸、高氯酸 　　D．NaOH 溶液、KOH 溶液、Na2SiO3 溶液 【答案】D 【变式 2】 赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而成的。这种物质是（　 ） 　　A．盐酸　 B．氢氟酸　 C．烧碱　 D．纯碱 　 【答案】B 【变式 3】地壳中含量位于第一、二位的元素之间形成的化合物不具有的性质是（ ）。 A．常温下与苛性钠反应 B．常温下与水反应 C．常温下与氢氟酸反应 D．高温下与氧化钙反应 【答案】B 【变式 4】下列关于二氧化硅的叙述不正确的是（ ）。 A．二氧化硅晶体是由 SiO2 分子构成的，它的熔点高、硬度大 B．不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 【答案】AD 【解析】在 SiO2 晶体中只存在 Si、O 两种原子，而没有 SiO2 分子；石英的主要成分是 SiO2，它能与烧碱反 应，故不能用石英坩埚熔融烧碱；SiO2 可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维：二氧化硅之所以能溶于氢氟 酸是因为二者反应生成了 SiF4 气体和 H2O，这与它的晶体结构无关。 类型二、 硅酸的性质和制备 例 2、写出以 SiO2 为原料制备 H2SiO3 的化学反应方程式________。 【答案】①SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O； ②Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓（或 Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓）4 【解析】SiO2 难溶于水，不能与水发生反应，这样就只能先用 SiO2 与其他物质作用生成硅酸盐，再根据硅 酸是弱酸，用硅酸盐与酸作用来制备硅酸。 【总结升华】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 SiO2+H2O， 则 SiO2 不能与水反应；Cu(OH)2 CuO+H2O，则 CuO 不能与水反应。 举一反三： 【变式 1】下列离子方程式不正确的是（ ）。 A．石英与烧碱溶液反应：SiO2+2OH－==SiO32－+H2O B．向氢氧化钠溶液中通入过量 CO2：CO2+2OH－==CO32－+H2O C．向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H++SiO32－==H2SiO3↓ D．向碳酸钙上滴稀硝酸：CO32－+2H+==H2O+CO2↑ 【答案】BD 【变式 2】下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（　 ） 　　A．Na2SiO3→H2SiO3　　B．SiO2→Na2SiO3 　　C．H2SiO3→SiO2　　　 D．SiO2→H2SiO3 　【答案】D 【变式 3】下列过程中，生成物的化学成分相同的是（　 ） 　　（1）纯碱晶体置于空气中，会生成白色粉末状物质 　　（2）盛澄清石灰水的烧杯内壁内附着白色物质 　　（3）生石灰久置于空气中，会生成白色固体物质 　　（4）Na2SiO3 的水溶液置于敞口容器中，溶液中出现白色浑浊 　　A．（1）（4）　 B．（2）（3）　 C．（1）（2）　 D．（3）（4） 　　【答案】B 【变式 4】能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验事实是（　 ） 　　A．CO2 通入 Na2SiO3 溶液中有胶状沉淀生成 　　B．干冰（CO2）是由分子组成的，而 SiO2 是由原子直接组成的 　　C．高温下能发生反应：Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ 　　D．CO2 溶于水生成碳酸，而 SiO2 却不溶于水 　　【答案】A 　　【解析】A 中反应方程为 Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3，符合强酸制弱酸的规律，可证明碳酸比 硅酸酸性强；B 中是 CO2 和 SiO 晶体结构的对比，D 中是 CO2 和 SiO2 溶解性的对比，都不能证明碳酸酸性比硅 酸强；C 中说明高温下硅酸盐比碳酸盐稳定，也不能证明碳酸比硅酸酸性强。 　 类型三、 硅酸盐的性质及其表示方法 例 3、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 3SiO2·CaO·Al2O3·3H2O 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 【答案】D 【解析】根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A 中 Al2O3 和 SiO2 的排列顺序有误，正确写法为 △ △ 1 25 CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O，B 中化学计量数出现了 ，C 正确的写法应为 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O，D 的 写法完全符合上述要求。 【总结升华】硅酸盐表示成氧化物形式按以下顺序：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。 举一反三： 【变式 1】正长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土[Al2S2O5(OH)4]时反应的离子方程式为： 2KAlSi3O8+2H2CO3+5H2O==2K++2H2CO3+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____________。 【答案】（1）①K2O·Al2O3·6SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O （2）强酸制弱酸 【变式 2】高岭土是制造瓷器的主要原料，其组成可以表示为 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 　　 【答案】B 【变式 3】用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，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·Al2O3·3SiO2 　　D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]　 Al2O3·2SiO2·2H2O 　　 【答案】C 类型四、单质硅 　例 4、（2016 黑龙江牡丹江一中期末考）制备单质硅时，主要化学反应如下：①SiO2+2C Si+2CO↑ ② Si+2Cl2 SiCl4 ③SiCl4+H2 Si+4HCl 下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是（ ）。 A．①③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氧化 【思路点拨】氧化还原反应的特征及实质。 【答案】D 【解析】A 项，①属于置换反应、②属于化合反应、③属于置换反应，故 A 正确；B 项，这三个反应方程 式中都有元素化合价升降，所以都属于氧化还原反应，故 B 正确；C 项，②由两种物质生成一种物质，所以为化 合反应，故 C 正确；D 项，①中 Si 元素得电子被还原、②中 Si 元素失电子被氧化、③中 Si 元素得电子被还原， 故 D 错误。 【总结升华】获取单晶硅的常用方法。 举一反三： 【变式 1】下列有关硅的叙述中，正确的是（ ） A．工业上通常以 SiO2 为原料，用氧化剂与其反应制备单质硅 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在 D．硅在电子工业中是重要的半导体材料 【答案】D 高温 高温 高温 1 26 【解析】 A 项，工业上制单质 Si 的反应为 SiO2+2C Si+2CO↑，C 为还原剂，错误；B 项，硅在地壳中的 含量在所有的元素中居第二位，错误；C 项，硅在自然界中都以化合态存在，错误。 【变式 2】硅在太阳能发电过程中具有重要作用，有关硅的说法中不正确的是（　 ） 　　A．硅的化学性质稳定，常温下不与酸、碱反应 　　B．自然界中硅贮量丰富，易于开采 　　C．高纯度的硅可被用于制造计算机芯片 　　D．自然界中硅主要以二氧化硅的形式存在，SiO2 是光导纤维的主要成分 【答案】A 【变式 3】有 A、B、C、D 四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应： （1）C 与烧碱反应生成 A 和水； （2）A 溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀 D； （3）B 在空气中燃烧生成 C； （4）C 在高温下与碳反应生成单质 B。 根据上述变化，写出 A、B、C、D 的化学式：A________，B________，C________，D________。 【答案】Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3 【变式 4】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。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： 石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯) 高纯硅 ①写出由纯 SiHCl3 制备高纯硅的化学方程式________。 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．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维 C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高 D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅 【答案】（1）①SiHCl3+H2 Si+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）B 【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 项水泥的成分是硅酸盐；B 项回忆课本硅的化合物用途可知，说法正确。C 项玻璃是混合物没有固定熔 点 ， 熔 点 不 高 ； D 项 盐 酸 和 硅 不 反 应 。 高温 →焦炭 高温 HCl 573K →以上 →精馏 2H 1357 K → 1357 K7 【巩固练习】 一．选择题（每小题只有 1 个选项符合题意） 1．下列物质的用途（括号内为用途）错误的是（ ）。 A．硅（半导体材料） B．二氧化硅（制光导纤维） C．水玻璃（黏合剂） D．硅酸（作耐火材料） 2．（2016 模拟考）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）。 ①硅酸盐 Na2Fe2Si3O10 用氧化物的形式表示为：Na2O·2FeO·3SiO2 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单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。 A．②③ B．①③ C．①④ D．④ 3．除去 SiO2 固体中混有的 CaCO3 固体，方法正确的是（ ）。 　　A．加水过滤　　　 B．加热 　　C．加盐酸后过滤　 D．加 NaOH 溶液后过滤 4．（2016 甘肃省张掖中学期末考）关于 SiO2 的叙述中，错误的是（ ）。 A．SiO2 和 CO2 都是酸性氧化物，都能与强硅溶浓反应 B．SiO2 和 CO2 都能溶于水且与水反应生成相应的酸 C．工艺师利用 HF 溶液刻蚀石英制作艺术品 D．除 SiO2 中混有的 CaCO3 可加入适量的稀盐酸，然后过滤 5．下列物质中，没有固定熔沸点的是（ ）。 　 A．石英　　　B．Na2SiO3　　　C．固体 SO3　　D．玻璃 6．下列离子方程式，正确的是 （ ）。 A．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca2+ +2OH− +CO2 ===CaCO3↓+H2O B．碳酸钠溶液中加入二氧化硅：CO32− +SiO2==SiO32− +CO2↑ C．二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2 +2OH− ===Na2 SiO3+H2O D．硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3 +2OH− === SiO32−+2H2O 7．下列说法正确的是（ ）。 A．因为 SiO2 是 H2SiO3 的酸酐，故 SiO2 溶于水得 H2SiO3 B．CO2 通入水玻璃（Na2SiO3 的水溶液）中可以得到硅酸沉淀 C．因为高温时发生反应：Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 D．SiO2 是酸性氧化物，它不溶于任何酸 8．某溶液中加入过量盐酸有沉淀产生，过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生，下列溶液中不符合此条件 的是（ ）。 A．Ag+、Al3+、K+ B．SiO32－、AlO2－、K+ C．Ag+、Cu2+、Na+ D．Ag+、Ba2+、Na+ 9．工业上制造高温结构陶瓷碳化硅（SiC）的化学方程式为 SiO2+3C SiC+2CO↑。在这个氧化还原反应中， 氧化剂和还原剂的物质的量之比是（ ）。 A．1∶2 B．2∶1 C．1∶l D．3∶5 10．（2014 福建厦门检测）有下列四个变化：①Na2CO3→Na2SiO3，②SiO2→H2SiO3，③Na2SiO3→Na2CO3，④ Ca(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 11．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－==HCO3－ B．H2SiO3 与 NaOH 溶液混合：2OH－+H2SiO3==2H2O+SiO32－ 高温 高温8 C．石英砂与烧碱反应制水玻璃：SiO2+2OH－==SiO32－+H2O D．往水玻璃中通入二氧化碳：Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+2Na++CO32－ 12．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 13．将过量的 CO2 分别通入①CaCl2 溶液②Na2SiO3 溶液　 ③Ca(ClO)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 14．在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料（ ）。 A．纯碱 B．石灰石 C．石英 D．黏土 二、填空题： 1．三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸 镁 Mg2Si3O8·nH2O 改写成氧化物的形式为________，它中和胃酸（HCl）的化学方程式是________。 2.下表中括号内的物质是杂质，试将除杂试剂和分离方法填入表中： 混合物 SiO2 （CaCO3） SiO2 (Fe2O3) SiO2 (NaCl) SiO2 (Si) Si (Al) NaHCO3 (Na2SiO3) 除杂试剂 分离方法 3.设计实验证明酸性强弱顺序：HCl＞H2CO3＞H2SiO3。 （1）写出实验原理的化学反应方程式________________。 （2）设计本实验所依据的化学原理是________________。 （3）实验中必须用到的药品有________________，所需的实验仪器有________________。 4．右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 的互相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：________________。 5．在自然界中，不存在硅单质，它一般是通过硅的氧化物（SiO2）来提取。对制得的粗硅可用以下方法提纯： 　　Si (粗)+2Cl2 SiCl4　 SiCl4+2H2 Si (纯)+4HCl 　　（1）写出工业制粗硅的化学方程式________________，该反应的类型为________反应，其中焦炭的作用是 ________________。 　　（2）粗硅提纯的两个反应的反应类型分别为________反应，________反应。 　　（3）SiCl 4 是一种液体，沸点较低，若从含有粗硅的 SiCl4 的混合体系中，提取出纯净的 SiCl4 的方法是 ________________，该实验方法中所用到的玻璃仪器有________________。 　　（4）在得到纯硅的反应中，参加反应的 SiCl4 是气体状态，请回答这样提纯的好处____________。9 6．已知 CO 和 H2 的混合气体称为水煤气，可由碳与水蒸气在高温下反应生成。如下图： 高温 反应① 高温 反应② 燃烧 反应③ 已知：单质 E 可作为半导体材料，化合物 F 是有毒的氧化物，C 为液态。据此，请填空： （1）氧化物 A 是 （2）化合物 F 是 （3）反应②的化学方程式是 （4）反应③的化学方程式是 7．把河沙（主要成分是 SiO2）跟镁粉按一定质量比（质量比大约为 15∶24）混合均匀，装入试管中加热大约 1 min 后停止加热，发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。待生成混合物冷却后放入盛有稀硫酸 的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。 （1）写出河沙与镁粉在加热条件下的化学方程式________________，该反应是________（填“放热”或“吸 热”）反应。 （2）生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是________（填化学式）。 （3）写出产生“爆炸声”的化学方程式：________________。 氧化物 A 单质 B 氧化物 C 单质 E 化合物 F 单质 G 单质 H10 【答案与解析】 一．选择题 1．D 【解析】 硅酸受热会分解。 2．D 【解析】①硅酸盐 Na2Fe2Si3O10 用氧化物的形式表示为：Na2O·Fe2O3·3SiO2，故 A 错误； ②水昌主要成分为二氧化硅，不是硅酸盐，故 B 错误； ③光导纤维的主要成分为二氧化硅，不是硅，故 C 错误； ④单质硅为良好的半导体材料，是将太阳能转变为电能的常用材料，故 D 正确。 3．C 4．B 【解析】A 项，SiO2 和 CO2 都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应分别生成硅酸钠、碳酸钠，故 A 正确；B 项， 二氧化硅不溶于水，与水不反应，故 B 错误；C 项，玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅能够与氢氟酸反应生成四氟 化硅和水，氢氟酸能够腐蚀玻璃，可以用来雕刻玻璃，故 C 正确；D 项，二氧化硅与盐酸不反应，碳酸钙与盐 酸反应生成可溶性氯化钙和水，所以除去 SiO2 中混有的 CaCO3 可加入适量的稀盐酸，然后过滤，故 D 正确。 5．D 6．D 7．B 【解析】 SiO 2 不溶于水，故不能用 SiO2 与水制 H2SiO3 ，A 错；B 中发生反应：CO 2+H2O+Na2SiO3== Na2CO3+H2SiO3↓，H2SiO3 在水中溶解度小，故得沉淀，B 正确；C 项为难挥发性酸酐制易挥发性酸酐，但不能 证明硅酸的酸性比碳酸强，C 错；D 项中 SiO2 可与 HF 反应，故 D 错。 8．D 【解析】 加入盐酸产生沉淀，说明原溶液中至少含有银离子或硅酸根离子中的一种；滤液加入氨水产生沉淀， 说明产生难溶于水的碱。 9．A 【解析】 本题中首先分析 SiC 中元素化合价：因为非金属性 C＞Si，故在 SiC 中，C 为－4 价，Si 为+4 价。在 反应前后，硅元素化合价没变，氧化剂和还原剂均为 C，且二者物质的量之比为 1∶2。 10．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 和 Na2SiO3 反应可得到 CaSiO3。 11．D 【解析】 D 项：Na+未参加反应（Na2SiO3 应写成离子），应删去。 12．D 【解析】 石灰石溶于盐酸时有气体产生；SiO2 可与 NaOH 溶液反应。 13．B 【解析】本题考查 CO2 及 H2CO3 的性质。 　　①中通入 CO2 不会产生白色沉淀； 　　②中通入 CO2，发生反应：Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3， 　　　当 CO2 过量时，Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3，所以能得到白色沉淀 H2SiO3； 　　③通入 CO2，反应如下：Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO 　　　CO2 过量时，CaCO3+CO2+H2O== Ca(HCO3)2，所以也不会产生白色沉淀； 　　④中通入 CO2，反应如下：Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3↓，由于原 Na2CO3 饱和，该反应生成 NaHCO3 的 质量比 Na2CO3 质量大，同时消耗掉部分溶剂水，并且 NaHCO3 的溶解度比 Na2CO3 溶解度更小，所以会析出白 色 NaHCO3 固体。所以答案应为 B。 14．B 二、填空题： 1．2MgO·3SiO2·nH2O 2MgO·3SiO2·nH2O+4HCl==2MgCl2+3SiO2·nH2O+2H2O11 【解析】 若直接写 Mg2Si3O8·nH2O 与 HCl (aq)的反应，则无从下手。先将 Mg2Si3O8·nH2O 改写成氧化物形 式：2MgO·3SiO2·nH2O，其与盐酸的反应实质是 HCl 与 MgO 反应。 2.（1）盐酸、过滤（2）盐酸、过滤（3）水、过滤（4）O2、加热（5）盐酸、过滤 （6）足量 CO2/H2O、过滤 3．（1）HCl+NaHCO3==NaCl+H2O+CO2↑，CO2+Na2SiO3+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓ （2）由较强的酸能制得较弱的酸 （3）盐酸、NaHCO3（或 Na2CO3、CaCO3 等）、Na2SiO3 分液漏斗、烧瓶（锥形瓶或大试管）、试管、双孔 塞、导管（此题为开放性试题。只要符合原理即正确） 4．（1）SiCl4 SiO2 H2SiO3 （2）粗硅提纯 （3）SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O （4）H2SiO3 SiO2+H2O 【解析】 本题的突破口是：“B 是一种单质”“B 的结构类似金刚石”。据此，容易推断出 B 是晶体硅。硅与氯 气在加热条件下生成 SiCl4，因此，A 为 SiCl4。经过分馏提纯后得到纯净的 SiCl4，SiCl4 可以被氢气还原得纯净 的硅。根据 D 是 B（Si）的氧化物，可知 D 为 SiO2，由此可知其他答案。 5．（1）SiO2+2C Si+2CO↑　 置换　 还原剂 　（2）化合　 置换 　（3）蒸馏　 烧馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶 　（4）产物硅为固体，而反应物 SiCl4、H2，产物 HCl 都是气体，易于分离。 　　【思路分析】 本题考查硅的制取和提纯。工业上常用焦炭在电炉中高温还原 SiO2，生成粗硅。其反应类型 为置换反应。而粗硅提纯的两个反应，从反应物、生成物的类型上可判断分别是化合反应和置换反应。要将沸点 较低的 SiCl4 分离出来，需用蒸馏的方法。从要提纯的目的和反应物、生成物状态上，不难得到易于分离的好处。 　　提示：反应类型的判断和实验装置的辩识，是化学学习中需要练就的基本功。 6．（1）SiO2 （2）CO 高温 （3）C + H2O=CO + H2 点燃 （4）2H2 + O2 =2H2O 7．（1）SiO2+4Mg 2MgO+Mg2Si 放热 （2）SiH4 （3）SiH4+2O2==SiO2+2H2O 【解析】 SiO 2 与 Mg 按 15∶：24 的质量比混合，即物质的量之比为 1∶4 进行混合，发生的反应为 SiO2+4Mg==2MgO+Mg2Si，其中 Mg2Si 遇稀硫酸中的水生成 Mg(OH)2 和 SiH4 气体，而 SiH4 在空气中能自燃， 其产物为 SiO2 和 H2O，将 SiO2 和 Mg 混合加热后停止加热仍能发生剧烈反应，说明是放热反应。 △ △