第一節 無機非金屬材料的主角——硅
【本節學習要點】
1．了解硅在自然界中的存在，主要物理性質、用途
2．了解二氧化硅的存在，知道石英、水晶、硅石、瑪瑙與SiO2的關系，了解SiO2的網狀結構，掌握SiO2的化學性質。
3．了解硅酸的性質和制備
4．了解常見硅酸鹽的性質和主要用途
重難點一、二氧化硅和硅酸
SiO2與CO2的比較
物質
SiO2
CO2
晶體微粒
Si原子和O原子(不存在SiO2分子)
CO2分子
物
理
性
質
熔點
高(1723℃)
低(－57℃)
沸點
高(2230℃)
低(－79℃)
硬度
大
小
溶解性
不溶于水
常溫微溶于水
與水反應
不反應
CO2＋H2O = H2CO3(可逆)
化
學
性
質
與HF酸反應
4HF＋SiO2SiF4↑＋2H2O
不反應
與NaOH溶液
SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O
CO2＋NaOHNaHCO3
或CO2＋2NaOHNa2CO3＋H2O
與鹽反應
SiO2＋Na2CO3高溫
Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋CaCO3高溫CaSiO3＋CO2↑(制玻璃)
CO2＋Na2SiO3＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3
CO2＋Na2CO3＋H2O2NaHCO3
與堿性氧化物反應
CaO＋SiO2高溫
CaSiO3
CaO＋CO2CaCO3
Na2O＋CO2Na2CO3
與C反應
SiO2＋2C高溫=Si＋2CO↑
C＋CO2△
=2CO
相同點
①都是酸性氧化物、都能與強堿、堿性氧化物反應。②都有弱氧化性
特別提醒
(1)SiO2中硅元素為＋4價，是Si元素的最高價態，具有較弱的氧化性能與C在高溫下反應。
(2)SiO2是酸性氧化物與水不反應，只能用相應的可溶性硅酸鹽與酸反應制得。
(3)實驗室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，要用橡膠塞。原因是玻璃中含有SiO2，與NaOH溶液反應生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很強的黏合性，能將玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打開。
(4)Na2SiO3溶液易與空氣中的CO2反應生成H2SiO3，故應密封保存。
(5)因HF能腐蝕玻璃，所以實驗室不能用玻璃瓶保存氫氟酸，也不能用玻璃塞。氫氟酸可用于雕刻玻璃。
重難點、酸鹽和硅單質
1．硅的化學性質與制備
(1)硅的化學性質
①常溫下，除與F2、HF酸、強堿反應外，硅不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等其他物質反應
與F2反應：Si＋2F2=SiF4
與氫氟酸反應：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑
與NaOH溶液反應：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑
②加熱時，Si能與O2、Cl2等反應
Si＋O2=高溫SiO2
Si＋2Cl2=高溫,SiCl4
(2)硅的制備
①制取粗硅
SiO2＋2C高溫,Si＋2CO↑
②粗硅的提純：SiCl2,SiCl4H2,Si＋HCl
Si＋2Cl2高溫,SiCl4，SiCl4＋2H2高溫,Si＋4HCl
特別提醒
C與SiO2反應，產物為CO，而不是CO2，粗硅先與Cl2反應，生成揮發性的SiCl4，揮發出來的SiCl4再與H2反應生成Si和HCl。
2．硅及其化合物的“特性”小結
(1)硅的“特性”
①非金屬單質一般為非導體(石墨能導電)，硅的晶體是良好的半導體材料。
②Si的還原性大于C，但C能在高溫下還原出Si：SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)高溫,Si(粗硅)＋2CO↑。
③非金屬單質跟堿作用一般無H2放出，但Si能跟強堿溶液作用放出H2：Si＋2NaOH＋H2O,Na2SiO3＋2H2↑。
金屬H2＋金屬氧化物金屬＋H2O,單質一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。,(2)硅的化合物“特性”,①酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能與HF作用。,SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O,②SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。,③無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。,④硅酸鈉水溶液稱泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液，并不是堿。,⑤H2CO3的酸性強于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，但高溫下，Na2CO3＋SiO2高溫,Na2SiO3＋CO2↑也能發生。,3.硅酸鹽的表示方法,方法和步驟,(1)將硅酸鹽中所有元素都寫成氧化物,較活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水,(2)在各氧化物前添上未知數x、y、z等,(3)依據原子守恒列出等式，求出x、y、z等,(4)x、y、z的具體數值寫在氧化物前面,(5)氧化物之間以“·”隔開，若系數配置出現分數應化為整數。,例如：正長石KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2，應寫成K2O·Al2O3·6SiO2。,特別提醒 ,(1)由于硅酸鹽的組成與結構很復雜，為了簡化對硅酸鹽組成的表示方法，采用了氧化物法。實際上硅酸鹽不是以簡單氧化物形式存在的，而是以種種結構復雜的鹽的形式存在的。,(2)在硅酸鹽氧化物的表示式中，氧化物前面的計量數只對該氧化物起作用，對其他氧化物不起作用。如2MgO·SiO2表示2個MgO和1個SiO2，不能認為是2(MgO·SiO2)。
題型1硅及其化合物的應用
【例1】 下列表述正確的是( )
① 人造剛玉熔點很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化學家采用瑪瑙研缽摩擦固體反應物進行無溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽,③提前建成的三峽大壩使用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料,④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來保護眼睛,⑤太陽能電池可采用硅材料制作，其應用有利于環保、節能
A.①②③ B.②④ C.③④⑤ D.③⑤
解析 本題主要考查學生對身邊常見的化學制品的了解情況。側重考查學生應用化學知識解釋和解決身邊化學問題的能力。人造剛玉主要成分為Al2O3，①錯；瑪瑙的主要成分是SiO2；③水泥主要成分是硅酸鹽，正確；④變色眼鏡鏡片應是在普通硼酸鹽玻璃中加入光敏物質AgBr等，并加入極少光敏化劑如CuO等制成，故④錯。
答案 D
變色眼鏡的玻璃片中含有少量溴化銀和微量的氧化銅(作催化劑)，當玻璃受到陽光照射時，發生2AgBr光,CuO2Ag＋Br2反應，而使玻璃由無色變成灰黑色，把玻璃放到暗處，又因發生2Ag＋Br2CuO,2AgBr反應，而使玻璃由灰黑色變成無色。在制造普通玻璃時常加入少量Cu2O可使玻璃顯紅色。
題型2硅酸鹽組成表示方法
【例2】 高嶺土的組成可表示為Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的數值分別是( )
A.7、2 B.5、4 C.6、3 D.3、6
解析 本題涉及兩個未知數x、y，但由化合價規則只能列出一個方程，因而要用不定方程的知識求解。,根據化合價規則，Al為＋3價，Si為＋4價，O為－2價，則有2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，化簡得2x＋y＝14，將A、B、C、D中的x、y值代入，只有B項符合方程。
答案 B
考查硅酸鹽的表達形式，一般利用化合物中化合價的代數和等于零的規則來列方程求解。解此類題時所列方程要正確。,
題型3硅及其化合物的轉化關系,
【例3】 X、Y、Z、W 。,有如下圖所示的轉化關系：,
(1)推斷各、物質的名稱：X________，Y_______________，Z________，W ,________。
(2)寫出化學方程式：W→X ,
(3)寫出離子方程式：
Y→Z ,
X→Y_________________________________________________________。
解析 由X和X 。,的轉化條件分析，X是硅，X 。,是二氧化硅，且這兩種物質都能與NaOH溶液反應，生成硅酸鈉(Na2SiO3)，SiO2又可以由硅酸加熱分解制得，所以，推斷正確。,答案 (1)硅 硅酸鈉 硅酸 二氧化硅,(2)SiO2＋2C高溫,Si＋2CO↑,(3)SiO＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋CO,SiO2＋2OH－SiO＋H2O, 。,B0001#。25]
善于根據特殊反應或特殊反應條件或特殊反應現象作出假設，然后以驗證的形式進行判斷，對于解答較隱蔽的推斷題，是一種較好的策略。
題型4硅酸鹽
【例4】 礦泉水一般是由巖石風化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此處所指的風化作用是指礦物與水和CO2作用的過程。例如，鉀長石(KAlSi3O8)風化生成高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，此反應的離子方程式為2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4
(1) 將上述復雜硅酸鹽改寫成氧化物形式：,①KAlSi3O8____________________。,②Al2Si2O5(OH)4____________________。(2)這個反應能夠發生的原因是 。,較活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→非金屬氧化物→二氧化硅→水。,則KAlSi3O8為K2O·Al2O3·6SiO2,Al2Si2O5(OH)4為Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)從方程式可知H2CO3制硅酸符合強酸制弱酸，所以這個反應能夠發生。
答案 (1)①K2O·Al2O3·6SiO2,②Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)因為碳酸酸性比硅酸強，由較強的酸可制得較弱的酸,
①硅酸鹽無論以何種形式表示，其組成及成分是固定不變的，即性質是不變的；②硅酸鹽用氧化物的形式表示時，必須遵循各元素化合價不變的原則。,
1.下列說法不正確的是( )
A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2對應的酸，或者SiO2不是H2SiO3對應的酸酐
B.CO2通入硅酸鈉溶液可以得到硅酸沉淀
C.SiO2是一種空間立體網狀結構的晶體，熔點高、硬度大
D.氫氟酸能夠雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶來盛裝氫氟酸
答案 A
解析 SiO2中Si呈＋4價，H2SiO3中Si呈＋4價，且H2SiO3△,SiO2＋H2O，SiO2是H2SiO3的酸酐，故A項錯誤。
2.實驗室中固體試劑可以放在廣口瓶中保存，液體試劑放在細口瓶中儲存，但是有些試劑必須儲存在具有橡膠塞的試劑瓶中。以下物質必須儲存在具有橡膠塞的試劑瓶中的是( ),①KOH溶液 ②Na2SiO3溶液 ③鹽酸 ④氫氟酸 ⑤澄清石灰水 ⑥硝酸 ⑦NaOH溶液
A.①②⑤ B.①②④⑤
C.①②④⑤ D.①②④⑤⑦
答案 D
3.我國具有獨立知識產權的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關敘述正確的是( )
A.晶體硅和金剛石的物理性質相似
B.硅在地殼中含量居第二位，可以以游離態存在于自然界中
C.晶體硅是一種良好的半導體材料，但是它的提煉工藝復雜，價格昂貴
D.晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導電
答案 A
解析 本題考查硅的性質。晶體硅的結構與金剛石相似，是具有空間立體網狀結構的原子晶體，所以物理性質與金剛石相似，熔、沸點高，硬度大；硅在地殼中含量居第二位，但在自然界中沒有游離態的存在，主要以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在于自然界中；晶體硅是一種良好的半導體材料，被廣泛使用；晶體硅是一種非金屬單質，雖然它具有金屬光澤。
4.將過量的CO2分別通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④飽和Na2CO3溶液。最終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 H2CO3的酸性比鹽酸弱，而比硅酸強。根據酸與鹽反應的規律，CO2通入CaCl2溶液無明顯現象(弱酸不能制強酸)；過量CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至過量發生反應：Ca(OH)2＋CO2CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2Ca(HCO3)2，最終生成Ca(HCO3)2而無沉淀產生；過量CO2通入飽和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO22NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而結晶析出。
5.在下圖所示的物質相互轉化關系中，A是一種固體單質，E是一種白色不溶于水的物質。據此填空。,
(1)寫出各物質的化學式：,A. 、B. 、C. 、E. 、,F.________。,(2)D________________________________________________________。,與a溶液反應的離子方程式是 。,②C與過量HNO3反應的離子方程式是 。
答案 (1)Si SiO2 Na2SiO3 H2SiO3 H2,(2)①Si＋2OH－＋H2O=SiO＋2H2↑,②SiO＋2H＋=H2SiO3↓(或SiO＋2H＋＋H2OH4SiO4↓)
解析 A是單質，則B是A的氧化物，E是一種白色沉淀。由圖中所給出的關系知，E、C中均應含有A元素。加過量的HNO3能生成白色沉淀，中學階段只有H2SiO3(或H4SiO4)符合題意，因此，B為SiO2，A為Si，C為Na2SiO3，D為H2O，F為H2。
6.某普通玻璃中，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物質的量之比為1∶1∶4，請回答下列問題：,(1)該玻璃如以aNa2O·bCaO·mSiO2表示其組成，則a∶b∶m＝________。,(2)若要制備1 000 kg上述玻璃需原料的質量分別是________________________，生產過程中產生________L CO2(標準狀況)。,Na2O·SiO2，CaSiO3→Na2O·SiO2，CaSiO3→CaO·SiO2，則可得到：a∶b∶m＝1∶1∶6。(2)制玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3、SiO2，由(1)可知玻璃的組成為Na2O·CaO·6SiO2，根據原子守恒可以得到下列計算關系,Na2O·CaO·6SiO2 ～ Na2CO3 ～,478 g 106 g,1 000×103 g m(Na2CO3),CaCO3 ～ 。,B]6SiO2 ～ 。,B]2CO2,100 g 。,]6×60 g 。,]2×22.4 L,m(CaCO3) 。,]m(SiO2) 。,]V(CO2),解得：m(Na2CO3) 。,B]＝, 。,]＝221.8×103 g＝221.8 kg,m(CaCO3)＝＝209×103 g＝209 kg,m(SiO2)＝＝753.1×103 g＝753.1 kg,V(CO2)＝＝9.37×104 L,答案 (1)1∶1∶6,(2)Na2CO3：221.8 kg；CaCO3：209 kg；SiO2：753.1 kg,9.37×104
第1課時 二氧化硅和硅酸鹽
,
一、二氧化硅和硅酸
1.二氧化硅
2．硅酸
1．下列說法正確的是( )
A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應，但不能與任何酸反應
B．根據反應SiO2＋CaCO3高溫,CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸的酸性比碳酸強
C．二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得澄清的硅酸溶液
D．二氧化硅常被用來制造光導纖維
答案 D
解析 二氧化硅是酸性氧化物，但它可以與氫氟酸發生反應。SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O；反應SiO2＋CaCO3高溫,CaSiO3＋CO2↑只有在高溫下才能進行，由于CO2是氣體，生成后脫離反應體系使反應得以繼續進行，但這不能說明硅酸的酸性比碳酸的酸性強；只要比較硅酸和碳酸的酸性強弱就是要比較它們在水溶液中電離出H＋的難易程度，如CO2＋H2O＋Na2SiO3Na2CO3＋H2SiO3↓，符合強酸制弱酸的規律，也可說明碳酸的酸性比硅酸的強，但由于硅酸難溶于水，不能得到溶液；SiO2是光導纖維的主要成分，光導纖維可以用SiO2來制造。
誤區警示 (1)酸性氧化物是指與堿反應生成鹽和水的氧化物，不一定與水反應生成酸。SiO2不溶于水，但與堿反應生成鹽和水，是酸性氧化物，對應酸為H2SiO3。
(2)強酸制弱酸的反應是在水溶液中反應的規律
CaCO3＋SiO2高溫,CaSiO3＋CO2↑是在高溫下的反應，不符合強酸制弱酸的原理。
2．寫出以SiO2為原料制備H2SiO3的化學方程式__________________。
答案 SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，
Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
或Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，
Na2SiO3＋2CO2＋2H2O2NaHCO3＋H2SiO3↓
解析 一般來說，受熱易分解的酸或堿，其對應的氧化物不能與水反應，如H2SiO3△,H2O＋SiO2，則SiO2不能與水反應；Cu(OH)2△,CuO＋H2O，則CuO不能與水反應。硅酸不能溶于水，且不能溶于(HCl、H2SO4、HNO3等)強酸。不溶于強酸的物質還有：CuS、AgS、PbS、HgS、AgCl、AgBr、AgI、BaSO4等。
3．為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱，某學生設計了如圖所示的裝置，一次實驗即可達到目的(不必選其他酸性物質)。請據此回答：
(1)錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗中所盛試劑應為______________。
(2)裝置B所盛的試劑是________，其作用是 。
答案 (1)鹽酸 (2)飽和NaHCO3溶液 除去鹽酸中揮發出的HCl氣體
解析 考查對強酸制弱酸原理的應用。注意B裝置的作用是除去鹽酸揮發出的HCl氣體
否則對C裝置證明碳酸酸性強于硅酸形成干擾。
1．二氧化硅是酸酐(即酸性氧化物)的原因是( )
A．它溶于水得相應的酸
B．它對應的水化物是可溶性強酸
C．它與強堿溶液反應只生成鹽和水
D．它是非金屬氧化物
答案 C
解析 從酸性氧化物的概念來分析，酸性氧化物是指能夠與堿反應生成鹽和水的氧化物，由于SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，所以SiO2是酸性氧化物。SiO2不溶于水，對應的酸H2SiO3不是強酸。
2．熔融氫氧化鈉反應選用的器皿是( )
A．陶瓷坩堝 B.石英坩堝
C．普通玻璃坩堝 D.生鐵坩堝
答案 D
解析 陶瓷的成分中含有SiO2，石英的成分就是SiO2，玻璃的主要成分中也含有SiO2，而SiO2在高溫下可以跟NaOH發生如下反應：
SiO2＋2NaOH高溫,Na2SiO3＋H2O
所以A、B、C的器皿都不能選用，只能用生鐵坩堝。
3．下列敘述中，正確的是( )
A．自然界中存在大量的游離態的硅
B．石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅
C．二氧化硅的化學性質活潑，能跟酸或堿的溶液發生化學反應
D．自然界中硅都存在于石英中
答案 B
解析 自然界中的硅，都以化合態存在，硅是親氧元素，主要以氧化物及硅酸鹽形式存在，如石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅性質穩定。
4．下列關于硅酸的敘述中錯誤的是( )
A．硅酸是一種很弱的酸
B．硅酸不穩定，加熱脫水會產生二氧化硅
C．硅酸可由二氧化硅與水反應制得
D．硅酸應由可溶性硅酸鹽與鹽酸或二氧化碳反應制得
答案 C
解析 硅酸是一種比碳酸的酸性還弱的弱酸，難溶于水，受熱不穩定易分解；制備H2SiO3時應向可溶性的硅酸鹽的溶液里通入CO2或加入鹽酸等來制備，可見A、B、D項正確。雖然SiO2是硅酸的酸酐，但因SiO2難溶于水且不跟水反應，所以不能用SiO2與H2O反應來制H2SiO3，C錯。
5．下列物質的變化，不能通過一步化學反應完成的是( )
A．CO2 →H2CO3 B。SiO2→Na2SiO3
C．Na2CO3 →Na2CO3 D。H2SiO3→H2SiO3
答案 D
解析 由于SiO2不溶于水也不與水反應，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2與強堿反應制得可溶性硅酸鹽后，再與其他酸反應才能制得H2SiO3。
6．在反應SiO2＋3C高溫,SiC＋2CO↑中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為( )
A．1∶3 B.3∶1 C．2∶1 D.1∶2
答案 D
解析 根據化合價升降規律，可確定C既為氧化劑又為還原劑，假設3 mol C參與反應，化合價降低的C即氧化劑為1 mol，化合價升高的C即還原劑為2 mol，因此二者的物質的量之比為1∶2。分析化合價變化，來確立氧化劑和還原劑；由得失電子數相等確定氧化劑與還原劑的物質的量之比(或質量比)。注意產物是CO而不是CO2。
7．下列各組物質間，不能發生反應的是( )
A．二氧化硅與氧化鈣(高溫)
B．二氧化硅與氫氧化鈉(常溫)
C．二氧化硅與碳(高溫)
D．二氧化硅與濃硝酸(常溫)
答案 D
解析 在高溫下SiO2能被C還原。在眾多的酸中能與SiO2反應的只有HF。
8．下列離子在水溶液中能大量共存的是( )
A．H＋、K＋、HCO、Ca2＋
B．OH－、Na＋、Mg2＋、HCO
C．Na＋、H＋、Cl－、NO
D．Na＋、SiO、H＋、Cl－
答案 C
解析 A中H＋可與HCO發生反應：H＋＋HCOH2O＋CO2↑而不能大量共存；B中OH－與Mg2＋、HCO不能大量共存：Mg2＋＋2OH－Mg(OH)2↓，OH－＋HCOCO＋H2O；D中2H＋＋SiOH2SiO3↓。
9．實驗室保存試劑的方法正確的是( )
A．氫氟酸存放在帶橡皮塞的玻璃瓶中
B．氫氧化鈣溶液存放在配有磨口玻璃塞的玻璃瓶中
C．NaOH溶液存放在帶橡皮塞的細口玻璃瓶中
D．氫氧化鈉固體盛放在帶橡皮塞的細口玻璃瓶中
答案 C
解析 氫氟酸能與玻璃中的二氧化硅(SiO2)反應，選項A錯誤；氫氧化鈣溶液呈堿性，選項B錯誤；氫氧化鈉固體盛放在廣口瓶中，選項D錯誤。要根據物質性質選用合適的保存試劑的方法。
10．下列離子方程式書寫不正確的是( )
A．往NaOH溶液中通入過量CO2：
CO2＋OH－HCO
B．單質硅與燒堿溶液反應：
Si＋2OH－＋H2OSiO＋2H2↑
C．石英砂與燒堿反應制水玻璃：
SiO2＋2OH－SiO＋H2O
D．往水玻璃中通入二氧化碳：
Na2SiO3＋2H2O＋CO2H4SiO4↓＋2Na＋＋CO
答案 D
解析 往NaOH溶液中通入適量CO2生成正鹽Na2CO3，弱酸的正鹽能與酸反應變為酸式鹽，所以當CO2過量時即溶液中H2CO3過量時，生成物為NaHCO3，故A式正確；單質硅能和燒堿溶液反應生成硅酸鈉和氫氣，NaOH是易溶于水的強堿，Na2SiO3是易溶于水的鹽，均完全電離，故Na＋可以簡化掉，B式正確；石英的成分是二氧化硅，與燒堿發生復分解反應生成硅酸鈉和水，故C式正確；碳酸比硅酸酸性強，所以往水玻璃即硅酸鈉的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反應物中的Na2SiO3和生成物中的Na2CO3均為易溶于水的鹽，能完全電離寫成離子形式，并且Na＋可以簡化掉，故D式不正確。正確的離子方程式應為：SiO＋2H2O＋CO2H4SiO4↓＋CO。
11．證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是( )
A．加入過量的鹽酸，觀察是否有氣泡冒出
B．加入過量的燒堿溶液，觀察是否有固體溶解
C．加熱至高溫，觀察是否有氣泡冒出，是否有硅酸鈣生成
D．先加過量的鹽酸攪拌，觀察是否有不溶物剩余及氣泡出現；若有不溶物則濾出，投入到氫氧化鈉溶液中看其是否溶解
答案 D
解析 生石灰的成分是氧化鈣，若不含雜質，加鹽酸能完全溶解并且無氣體生成。加鹽酸充分反應后仍有不溶于水的固體，說明有石英雜質存在。加鹽酸溶解，但放出無色無味并能使澄清石灰水變渾濁的氣體，說明生石灰中含有石灰石。有關的化學方程式為：CaO＋2HClCaCl2＋H2O；CaCO3＋2HClCaCl2＋H2O＋CO2↑；CO2＋Ca(OH)2CaCO3↓＋H2O。
12．(1)指出下列反應中SiO2所表現的化學性質或作用，在A～D選項中選擇正確答案填入括號內。
①SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O( )
②SiO2＋2C高溫,Si＋2CO↑( )
③SiO2＋3C高溫,SiC＋2CO↑( )
④SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O( )
A．作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕
B．弱氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．未參加氧化還原反應
(2)2002年9月26日，中國北京曙光公司研制出了第一款具有我國完全自主知識產權的高性能CPU芯片——“龍芯”1號。
①“龍芯”(芯片)的主要化學成分是________。
②目前應用最多的太陽能電池的光電轉化材料是________。
③在計算機長距離聯網使用的傳輸很快的線路中使用的材料叫________，主要化學成分是________。
④如果這種埋在地下的材料裸露在堿性土壤中，結果會斷路，用離子方程式說明原因： 。
答案 (1)①C E____________________________________________________。
③D ④A (2)①硅 ②硅 ③光導纖維 SiO2 ④SiO2＋2OH－SiO＋H2O
解析 (1)本題全面考查SiO2的性質，將所給選項結合實際一一對應查找。A用來雕刻玻璃，應有氫氟酸(HF)參與反應；B中弱氧化性是指反應物SiO2中Si元素得電子，化合價降低；C項表現酸性氧化物的通性是指SiO2與堿反應；D項是指Si元素化合價沒有變化。
(2)SiO2屬于酸性氧化物，易與堿反應。
13．A、B、C、D、E代表單質或化合物，它們之間的相互轉換關系如下圖所示。A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質，其晶體結構與金剛石相似。
請填空：
(1)形成單質A的原子的結構示意圖為________，它的最高化合價為________。
(2)B的化學式(分子式)為________，B和碳反應生成A和E的化學方程式是__________________。
(3)C的化學式(分子式)為____________，D的化學式(分子式)為____________。
答案 (1) 。
＋4 (2)SiO2
SiO2＋2C高溫Si＋2CO↑ (3)CaSiO3 Na2SiO3
解析 本題以框圖題的形式考查Si及其化合物的有關知識，框圖推斷題關鍵是找準“切入點”。本題切入點為A及B與A、C、D的轉化關系及條件。本題側重考查審題能力、分析推理能力和綜合運用知識解決問題的能力。由“A為地殼中含量僅次于氧的非金屬單質，晶體結構與金剛石相似”推知A為Si，根據B加碳,高溫A＋E，B加氧化鈣,高溫C，B加氫氧化鈣,加熱D＋H2O，不難推知B為SiO2，C為CaSiO3，D為Na2SiO3。
14．把26 g含有SiO2和CaCO3的固體在高溫下加熱至質量不再改變，冷卻后稱重為17.2 g。(相對原子質量：O：16，Si：28，Ca：40，C：12)
(1)寫出有關的化學方程式。
(2)求生成CO2的體積(標準狀況)。
(3)求原混合物中所含SiO2的質量。
答案 (1)SiO2＋CaCO3高溫CaSiO3＋CO2↑ (2)4.48 L
(3)6 g
解析 解法一：(2)由(1)中的反應方程式可以看出，固體質量的減少為生成的CO2的質量。
m(CO2)＝26 g－17.2 g＝8.8 g
V(CO2)＝×22.4 L·mol－1＝4.48 L
據C原子守恒知：n(CaCO3)＝n(CO2)＝＝0.2 mol
m(CaCO3)＝0.2 mol×100 g·mol－1＝20 g
m(SiO2)＝26 g－20 g＝6 g
解法二：設混合物中SiO2、CaCO3的質量分別為：x，y，
據題意有：x＋y＝26 g①
CaO＋CO2↑，據Ca原子守恒有：n(CaCO3)＝n(CaO)＝
→CaO＋CO2↑，據Ca原子守恒有：n(CaCO3)＝n(CaO)＝
據題意有：x＋×56 g·mol－1＝17.2 g②
解①②兩式得：x＝6 g y＝20 g
n(CO2)＝n(CaCO3)＝＝0.2 mol
V(CO2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。
第2課時 硅和硅酸鹽
二、硅酸鹽
硅酸鹽
三、硅
硅
1．下列關于碳和硅的比較，正確的是( )
A．它們的氧化物都能與水反應生成對應的酸
B．碳和硅的最高正價都是＋4價
C．硅元素在地殼中的含量占第二位，碳占第一位
D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游離態也有化合態
答案 B
解析 SiO2不溶于水也不與水反應，A不正確；在地殼中含量第一的是氧元素，硅占第二位，C不正確；自然界中有游離態的碳(金剛石等)，但是沒有游離態的硅，因為硅是一種親氧元素，D不正確。選B。
溫馨提示 雖然碳比硅活潑，但是由于硅是親氧元素，所以碳在自然界中有單質，而硅只能以化合態形式存在。
歸納拓展
硅單質與碳單質的比較
領悟整合 晶體硅性質較特殊，要掌握硅的特性：(1)Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2C高溫,Si＋2CO↑；(2)非金屬與堿反應一般無氫氣放出，但Si可以：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑；(3)非金屬單質一般不與無氧酸反應，但Si可以與HF作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑；(4)非金屬單質一般為非導體，但Si是良好的半導體。
2．已知石棉是由鈣、鎂、硅、氧四種元素組成，其中各成分的質量分數約為：Ca 10%，Mg 17%，Si 27%，其余為氧。求：
(1)用SiO2和金屬氧化物的形式表示石棉的組成。
(2)石棉中CaO、MgO和SiO2的質量分數。
答案 (1)3MgO·CaO·4SiO2 (2)w(CaO)＝13%，
w(MgO)＝29%，w(SiO2)＝58%
解析 (1)石棉中含氧的質量分數為1－(10%＋17%＋27%)＝46%。則每100份質量的石棉中含Ca、Mg、Si、O原子的物質的量之比為
∶∶∶＝0.25∶0.71∶0.96∶2.88≈1∶3∶4∶12
所以石棉的化學組成可表示為CaMg3Si4O12，氧化物形式為3MgO·CaO·4SiO2。
(2)石棉的相對分子質量為416。石棉組成中CaO、MgO、SiO2的質量分數分別為：
w(CaO)＝×100%＝13% w(MgO)＝×100%＝29%
w(SiO2)＝×100%＝58%
方法探究 我們通常所寫的化學式中各元素原子的數目關系，也就是1 mol該物質中所含各元素的物質的量的關系。本題即是此方法的逆運算。
3．下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是( )
A．硅酸鈉溶液 B.氫氟酸
C．氫氧化鈉溶液 D.氯化鈉溶液
答案 AC
解析 玻璃的主要成分之一是二氧化硅，它能跟氫氟酸迅速反應，所以，氫氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中；氫氧化鈉溶液與二氧化硅在常溫下反應十分緩慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口處的二氧化硅跟氫氧化鈉緩慢反應后，生成的硅酸鈉是一種礦物膠，使瓶塞與瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞；硅酸鈉溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞(原因同氫氧化鈉溶液)；氯化鈉溶液不跟玻璃中各種成分反應。
拓展延伸 堿溶液Na2SiO3、Na2CO3等顯堿性的鹽和氫氟酸，不能用磨口帶玻璃塞的試劑瓶保存；強氧化劑、酸、有機試劑不能用橡膠塞的試劑瓶長期保存，氫氟酸保存在鉛皿或塑料瓶中。
備課資源 晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：
①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅
②粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3：
Si＋3HCl300℃SiHCl3＋H2
③SiHCl3與過量H2在1 000～1 100℃反應制得純硅
已知SiHCl3能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃。
請回答下列問題：
(1)第①步制備粗硅的化學反應方程式為 。
(2)粗硅與HCl反應完全后，經冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點
57.6℃)和HCl(沸點－84.7℃)，提純SiHCl3采用的方法為 。
(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：
①裝置B中的試劑是 。
裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是 。
②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是 ，
裝置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，
裝置D中發生反應的化學方程式為 。
③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及 。
④為鑒定產品硅中是否含微量鐵單質，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號)是 。
a．碘水 b．氯水 c．NaOH溶液 d．KSCN溶液
e．Na2SO3溶液
答案 (1)SiO2+2C高溫Si＋2CO↑
(2)分餾(或蒸餾)
(3)①濃硫酸 使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化
②有固體物質生成 在反應溫度下，普通玻璃會軟化
SiHCl3＋H21 000～1 100 ℃Si＋3HCl
③排盡裝置中的空氣
④bd(或c)
解析 (1)根據題意給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應方程式為SiO2＋2C高溫,Si＋2CO↑；
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3與H2O強烈反應，故提純SiHCl3的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進行；(3)①因SiHCl3與水強烈反應，故A中產生的H2必須干燥，故B中的液體一定為濃H2SO4，且C中燒瓶需加熱，其目的是使SiHCl3汽化，加快與H2的反應。②根據題給信息石英管中產生的物質應為硅，故D中現象應有固體產生，由題給信息，制純硅的反應條件為1 000～1 100℃，此溫度下普通玻璃容易軟化。③因高溫下H2與O2容易反應而爆炸，故還應排盡裝置中的空氣。④鐵與鹽酸反應產生Fe2＋，其檢驗方法常常采用先將Fe2＋氧化為Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否變紅來檢驗。
4．已知Si能與HF(aq)與NaOH(aq)反應：
Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
又知硅及其化合物間存在如圖所示的關系：
其中A是制造芯片和光電池的主要原料：B是含硅化合物中的一種氣體；某些C可作干燥劑或催化劑的載體；D是一種黏合劑，能將磨砂玻璃黏合在一起，E是一種比H2CO3酸性還弱的酸。
試回答下列問題：
(1)寫出A、C、E的化學式：A________、C________、
E________。
(2)①～⑦反應中，屬于氧化還原反應的是________，屬于置換反應的是________。
答案 (1)Si SiO2 H2SiO3 (2)①③④ ①
方法技巧 解決推斷題的關鍵是尋找突破口，框圖中的物質具有某些特殊的性質、用途。特殊的反應條件、反應類型、特殊的反應物或生成物等通常是解題的關鍵，如Si及其化合物中，①SiO2為不溶于水的酸性氧化物；②SiO2和Si溶于氫氟酸；③硅與強堿溶液反應產生H2；④SiO2與Si的特殊用途；⑤Si為半導體等。
1．下列關于硅及硅的化合物的敘述不正確的是( )
①硅的結構和金剛石類似，所以都具有熔點高、硬度大等特點 ②硅是地殼中含量最多的非金屬 ③晶體硅是良好的半導體材料 ④二氧化硅是制造光導纖維的重要材料 ⑤二氧化硅是酸性氧化物，不溶于任何酸
A．①②⑤ B.①⑤ C.③④ D.②⑤
答案 D
解析 硅雖然是非金屬，但已經表現出一定的金屬性，所以硅及其化合物在性質上表現出一定的特殊性。
2．下列試劑貯存方法正確的是( )
A．氫氟酸用玻璃瓶密封貯存
B．NaOH溶液用磨口玻璃瓶加玻璃塞封存
C．水玻璃用塑料桶敞口放置
D．純堿溶液可用帶橡膠塞的玻璃瓶封存
答案 D
解析 氫氟酸會與玻璃中的SiO2反應；NaOH溶液會與玻璃中的SiO2反應，生成的Na2SiO3具有黏性，會使玻璃瓶頸與瓶塞粘住而不能打開；水玻璃中的Na2SiO3會與空氣中的CO2反應而變質。
3．下列物質中，不含有硅酸鹽的是( )
A．水玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D .普通水泥
答案 B
解析 水玻璃、黏土、普通水泥中都含有硅酸鹽，B項硅芯片其主要成分是單質硅。本題要了解常見硅酸鹽及含硅物質。作為電腦硅芯片，所用硅為高純硅，為單質。常見硅酸鹽有水泥、玻璃、陶瓷、黏土等。
4．下列關于水玻璃的性質和用途的敘述中不正確的是( )
A．這是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕
B．在建筑工業上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料
C．木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒
D．水玻璃的化學性質穩定，在空氣中不易變質
答案 D
解析 Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一種礦物膠，通常用作耐火材料。在空氣中發生反應Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，故D不正確。
5．有下列幾個變化：①Na2CO3Na2SiO3，②SiO2H2SiO3，③Na2SiO3Na2CO3，④Ca(NO3)2CaSiO3。其中不能通過一步反應實現的是( )
A．①② B.②④
C．③④ D.只有②
答案 D
解析 ①Na2CO3＋SiO2高溫,Na2SiO3＋CO2↑，③Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，④Ca(NO3)2＋Na2SiO32NaNO3＋CaSiO3↓。由SiO2制H2SiO3不能一步實現，要先與堿反應，再與酸反應。
6．用二氧化硅和金屬氧化物的組成表示硅酸鹽的組成，不正確的是( )
A．鈣沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O] CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．鎂橄欖石[Mg2SiO4] 2MgO·SiO2
C．正長石[KAlSi3O8] K2O·Al2O3·SiO2
D．高嶺石[Al2(Si2O5)(OH)4] Al2O3·2SiO2·2H2O
答案 C
解析 用化學式表示的硅酸鹽和用氧化物形式表示的硅酸鹽，各組成元素的原子個數比應該不變。
7．月球上有豐富的綠柱石(綠寶石)礦藏，其主要化學成分為BenAl2[Si6O18]也可用氧化物
形式表示為nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值為(Be為＋2價)( )
A．1 B.2 C.3 D.4
答案 C
8．露置于空氣中一段時間后的水玻璃會變渾濁。向此渾濁溶液中加入稀鹽酸，會生成白色沉淀，同時伴隨有氣泡產生。用化學方程式解釋產生上述實驗現象的原因：
(1)溶液變渾濁 。
(2)生成白色沉淀 。
(3)產生氣泡 。
答案 (1)Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3
(2)Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
(3)Na2CO3＋2HCl2NaCl＋CO2↑＋H2O
9．幾種含硅元素的物質之間的相互轉化關系如圖所示。
試判斷：
(1)寫出下列幾種物質的化學式：
A ，B ，C ，D ，
E ，F 。
(2)寫出下列反應的化學方程式：
B→A 。
B→E 。
(3)寫出下列溶液中反應的離子方程式：
A→D 。
D→F 。
答案 (1)Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3 H4SiO4
(2)①SiO2+2C強熱Si＋2CO↑
②CaCO3＋SiO2高溫CaSiO3＋CO2↑
(3)①Si＋2OH－＋H2OSiO＋2H2↑
②SiO＋CO2＋2H2OH4SiO4↓＋CO
解析 本題考查含硅物質之間的轉化，可從B作為突破口解答。
A、B、C、D、E、F均為含硅元素的物質。要推斷這些物質，必須選定其中一種作為突破口。
從圖中分析B物質涉及的與其他物質的關系最多，其位置關系最為關鍵，且其中有明顯的性質特征。B物質可與Na2O在高溫條件下反應生成鈉鹽D，故B可能為SiO2或硅酸。但硅酸不可能由某物質通過高溫強熱的方法制取，顯然B只能為SiO2。
SiO2與C在強熱條件下混合反應可制得單質硅，而單質硅可與NaOH溶液在室溫下反應而生成Na2SiO3，所以A為硅，D為Na2SiO3。
在Na2SiO3溶液中通入CO2，將析出原硅酸(H4SiO4)。無論是在Na2SiO3溶液中加入CaCl2，還是SiO2和CaCO3在高溫下反應，或者是H4SiO4與CaO共熱，都將得到CaSiO3固體。由此可知E為CaSiO3，F為原硅酸。原硅酸在空氣中干燥，可失水而成為硅酸。硅酸加熱分解為SiO2。故C為硅酸。
備課資源 某科研小組，用含有少量的CaO和Fe2O3的高嶺土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)試驗新型的凈水劑。試驗程序如下：
已知：Al2O3與純堿反應的產物是NaAlO2和CO2。試回答下列問題：
①寫出混合物A、B、濾液C、沉淀D的主要成分。
A． ；B. ；C. ；D. 。
②寫出高嶺土與純堿熔融的兩個化學方程式 。
③沉淀D的化學式是 ，生成該沉淀的離子方程式
④該試驗中，熔融高嶺土可以選用的坩堝有 。
A．玻璃坩堝B.瓷坩堝
C．氧化鋁坩堝D.鐵坩堝
答案 ①NaAlO2和Na2SiO3 AlCl3和H2SiO3
AlCl3 H2SiO3
②Al2O3＋Na2CO3高溫,2NaAlO2＋CO2↑
SiO2＋Na2CO3高溫,Na2SiO3＋CO2↑
③H2SiO3 SiO＋2H＋H2SiO3↓
④D
解析 將土樣和純堿混勻，加熱熔融時，土樣中的Al2O3和SiO2將與純堿發生反應，生成鋁酸鹽和硅酸鹽，并溶于水中；而CaO、Fe2O3不與純堿反應而成為殘渣。濾液中的鋁酸鹽和硅酸鹽與鹽酸反應，得到溶于水的偏鋁酸鹽和不溶于水的硅酸。由于陶瓷的成分是硅酸鹽，它和氧化鋁都會與純堿反應，因此，在熔融土樣時只能選用鐵坩堝。
10．硅能與燒堿溶液反應(Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑)，現有42 g硅與足量的燒堿溶液反應，能產生多少升H2(標準狀況下)？若把反應后的溶液和過量的鹽酸反應，生成的沉淀經高溫灼燒，可得到什么物質？質量是多少？
答案 67.2 L SiO2 90 g
解析 設產生的H2在標準狀況下的體積為x
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
28 g 44.8 L
42 g x
＝，得x＝67.2 L
反應后的溶液與過量鹽酸混合
Na2SiO3＋2HClH2SiO3↓＋2NaCl
H2SiO3△,SiO2＋H2O
由Si元素守恒：生成SiO2的質量為：×60 g·mol－1＝90 g
