学年高中化学 第四章 非金属及其化合物 第一节 第2课时《硅酸盐和硅单质》基础提升.docx
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学年高中化学第四章非金属及其化合物第一节第2课时《硅酸盐和硅单质》基础提升
第2课时 硅酸盐和硅单质
【基础篇】
题组一 Si的性质
1．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。
下列叙述中，正确的是（ ）
A．上图是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力是以Si为原料制作的太阳能电池
B．晶体硅主要用途是制造光导纤维
C．硅是地壳中含量最多的元素
D．硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在
答案 A
解析 晶体硅是良好的半导体材料，主要用途是制作太阳能电池、集成电路，A正确、B错误；氧是地壳中含量最多的元素，C错误；硅是亲氧元素，在自然界中以化合态形式存在，D错误。
2．下列物质的用途不正确的是（ ）
A．硅是制造光导纤维的材料
B．硅是制造太阳能电池的常用材料
C．二氧化硅是制取粗硅的原料
D．水玻璃可用作木材防火剂
答案 A
解析 光导纤维的成分是SiO2，A错误；硅是制造太阳能电池板的常用材料，B正确；工业上常用SiO2和碳反应制取硅，C正确；水玻璃是硅酸钠的水溶液，具有防火性，D正确。
3．下列物质中，导电性介于导体和绝缘体之间的是（ ）
①晶体硅 ②金属铝 ③石墨 ④晶体锗 ⑤金刚石
A．只有①B．只有⑤
C．②和③D．①和④
答案 D
解析 Si、Ge均能导电，可作半导体材料；Al是电的良导体；石墨也能导电，但不能作半导体材料；金刚石不导电。
4．下列有关硅及其化合物的说法不正确的是（ ）
A．晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料
B．常温下，硅的化学性质稳定，自然界中的硅主要以氧化物及硅酸盐的形式存在
C．SiO2是一种酸性氧化物，能够与强碱反应生成相应的盐
D．除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸，然后再过滤
答案 A
解析 A项，晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质，其导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；B项，虽然常温下硅的化学性质稳定，但自然界中没有游离态的硅，它主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在；D项，SiO2不溶于稀盐酸，可使用稀盐酸除去其中混有的CaCO3，化学方程式为CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，然后再过滤。
5．制备硅单质时，主要化学反应如下：
①SiO2（石英砂）＋2C（焦炭）
Si（粗硅）＋2CO↑，
②Si（粗硅）＋2Cl2
SiCl4，
③SiCl4＋2H2
Si（纯硅）＋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还原
答案 D
解析 在反应②中Si元素化合价升高，被氧化。
6．将铁、铝、硅的混合物分为等质量的两份，一份跟足量的NaOH溶液反应，另一份跟足量稀H2SO4反应，最终产生的H2一样多，则铁与硅物质的量之比为（ ）
A．2∶1B．4∶1
C．1∶1D．3∶1
答案 A
解析 将混合物分为两等份，设每份中Fe、Al、Si的物质的量分别为xmol、ymol、zmol。
一份跟足量NaOH溶液反应时只有Al和Si反应。
2Al ＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋ 3H2↑
23
ymol
ymol
Si ＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋ 2H2↑
12
zmol2zmol
所以和NaOH溶液反应放出气体共（
y＋2z）mol。
一份跟足量稀H2SO4反应时只有Fe和Al反应。
Fe ＋ H2SO4===FeSO4＋H2↑
11
xmolxmol
2Al ＋ 3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2↑
23
ymol
ymol
所以和稀H2SO4反应产生的气体为（x＋
y）mol。
由题意知：
y＋2z＝x＋
y
所以x＝2z，即混合物中Fe与Si的物质的量之比为2∶1。
题组二 硅酸盐
7．下列叙述正确的是（ ）
A．Na2SiO3是硅酸盐，但不能溶于水
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；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。
8．下列关于硅酸盐工业的叙述正确的是（ ）
A．普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，说明玻璃为纯净物
B．陶瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
C．制玻璃、水泥时都用到了石灰石和黏土
D．制玻璃的过程中发生了反应：
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性：
H2SiO3>H2CO3
答案 B
解析 普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，还含有其他杂质，因此玻璃属于混合物，A错误；陶瓷、玻璃、水泥都属于传统的硅酸盐产品，B正确；制造玻璃的主要原料是石灰石、纯碱和石英，制造水泥的主要原料是石灰石、黏土和辅助原料，C错误；反应Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，不是在溶液中进行的，利用的是难挥发性酸制备易挥发性酸原理，事实上碳酸的酸性强于硅酸的酸性，在溶液中碳酸可以制备硅酸，D错误。
题组三 CO2、SiO2及其盐性质应用
9．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．①②③④B．②④
C．①②③D．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。
10．下表中括号内物质是杂质，试将除杂试剂及分离方法填入表内。
混合物
SiO2（Si）
CO2（SO2）
NaHCO3（Na2SiO3）
SiO2（NaCl）
除杂试剂
除杂方法
答案
混合物
SiO2（Si）
CO2（SO2）
NaHCO3（Na2SiO3）
SiO2（NaCl）
除杂试剂
氧气
饱和NaHCO3溶液
通入足量CO2
水
除杂方法
加热
洗气
过滤
过滤
解析 SiO2（Si）：
Si与O2在加热条件下生成SiO2而除去Si；CO2（SO2）：
可通入饱和NaHCO3溶液；NaHCO3（Na2SiO3）：
通入足量CO2气体；SiO2（NaCl）：
溶于水过滤。
【提升篇】
11．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素（用R表示）的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气。
请回答下列问题：
（1）写出各物质的化学式：
A________；B________；
C________；D________；E________。
（2）写出反应①的化学方程式：
______________________________________，
该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
（3）写出反应④的离子方程式：
______________________________________。
（4）写出反应⑤的离子方程式：
_________________________________________。
（5）H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）SiO2 CaSiO3 Na2SiO3 Si H2SiO3
（2）SiO2＋2C
Si＋2CO↑ 1∶2
（3）Si＋2OH－＋H2O===SiO
＋2H2↑
（4）SiO
＋Ca2＋===CaSiO3↓
（5）SiO
＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
解析 解答本题的“突破口
（1）”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。
“突破口
（2）”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。
从而推知B为CaSiO3，C为Na2SiO3，D为Si，E为H2SiO3。
12．已知A是一种装饰品的主要成分，根据下图转化关系，回答下列问题。
（1）A的用途________（任写一种），B是________，D是________。
（2）写出下列反应的化学方程式
①________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
（3）写出下列反应的离子方程式
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
⑤________________________________________________________________________。
答案
（1）制光导纤维 Na2SiO3 H2SiO3
（2）①Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2
④H2SiO3
H2O＋SiO2
（3）②CO2＋H2O＋SiO
===CO
＋H2SiO3
③SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
⑤SiO
＋2H＋===H2SiO3
解析 由A是一种装饰品的主要成分，高温下能与纯碱反应知，A是SiO2。
SiO2与纯碱在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，Na2SiO3与CO2在水中可反应生成H2SiO3，而H2SiO3受热分解又可生成SiO2，所以A是SiO2，B是Na2SiO3，D是H2SiO3。
13．某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知：
PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓（产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊）。
（1）实验时要通入足够长时间的N2，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）装置B的作用是
________________________________________________________________________。
（3）装置C、D中所盛试剂分别为_____________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）该装置的缺点是
________________________________________________________________________。
（5）资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。
取18gSiO2和8.4g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体为13.44L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为
________________________________________________________________________。
（6）设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰
（2）作安全瓶，防止倒吸
（3）澄清石灰水 PdCl2溶液 3SiO2＋4C
2CO2↑＋2CO↑＋3Si
（4）无尾气吸收装置
（5）2∶1
（6）向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊
解析
（1）碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，故实验时要通入足够长时间的N2。
（2）根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸。
（3）根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2＋4C===2CO2＋2CO＋3Si。
（4）一氧化碳有毒，又能排放到空气中，而该装置没有尾气吸收装置将CO吸收。
（5）取18gSiO2物质的量0.3mol,8.4g焦炭物质的量0.7mol，充分反应后收集到标准状况下的气体13.44L，物质的量0.6mol，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，
SiO2＋ 2C
2CO↑＋ Si，
0.3mol0.6mol0.6mol0.3mol
Si＋ C
SiC
0.1mol0.1mol0.1mol
得到Si和SiC的物质的量之比为0.2mol∶0.1mol＝2∶1。
（6）验证碳酸、硅酸的酸性强弱，产生的CO2气体先通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明酸性H2CO3>H2SiO3。
14．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高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体；
②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3（Si＋3HCl
SiHCl3＋H2）；
③SiHCl3与过量的H2在1100～1200℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。
请回答：
（1）第一步制取粗硅反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（2）粗硅与HCl气体反应完全后，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）实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示（加热和夹持装置略去）：
①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，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
应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
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________________________________________________________________________。
答案
（1）SiO2＋2C
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 在题给反应温度下（1100～1200℃），普通的玻璃会软化 SiHCl3＋H2
Si＋3HCl ③排尽装置中的空气
解析 （3）①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，因此B中的试剂为浓H2SO4，且C烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。
②石英管中产生的物质应为硅，故D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1100～1200℃，此温度下普通的玻璃容易软化。
③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。
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