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第2课时 硅酸盐和硅
课后篇巩固提升
基础巩固
1.硅被誉为无机非金属材料的主角。下列物品用到硅单质的是( ) A.陶瓷餐具 C.计算机芯片 答案C 2.下列对晶体硅的叙述中正确的是( ) A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.硅在地壳中含量居第二位,可以以游离态存在于自然界中 C.晶体硅是一种良好的半导体材料,它性质稳定,不与碱液反应 D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电 答案A 3.制计算机芯片的主要材料是硅,下列有关硅及其化合物的说法正确的是( ) A.水晶项链是硅酸盐制品 B.硅单质广泛用于光纤通信 C.利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 D.硅酸钠可用于制备木材防火剂
解析水晶和光导纤维的主要成分都是SiO2,故A、B项不合题意;盐酸与SiO2不反应,利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品,故C不正确。 答案D 4.下列有关硅及其化合物的说法正确的是( ) 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,所以自然界中的硅大部分以游离态存在 C.SiO2是一种酸性氧化物,能够与水反应生成相应的酸 D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸后过滤
解析硅单质是半导体材料,可以导电,但Si属于非金属元素,A项错误;硅的化学性质不活泼,但硅属于亲氧元素,在自然界中都是以化合态存在,不能以游离态存在,广泛存在于矿物和岩石中,B项错误;酸性氧化物不一定都与水反应生成相应的酸,SiO2不溶于水,不能够与水反应生成相应的酸,C项错误;盐酸和碳酸钙反应生成可溶性的氯化钙,二氧化硅和盐酸不反应,然后采用过滤的方法除去氯化钙,能除去杂质,D项正确。 答案D B.石英钟表 D.光导纤维
解析硅是半导体材料,可用于制造计算机芯片;石英钟表、光导纤维都以SiO2作原料制成。
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5.歌曲《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,但古瓷中所用颜料的成分一直是个谜。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,不易褪色 C.易溶解于强酸和强碱 D.x等于6
解析根据化合物中元素化合价代数和等于零的原则,2+2+2×4=2x,所以x=6;BaCuSi2O6可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2;硅酸铜钡属于硅酸盐,不溶于强酸,由于古瓷中所用颜料能长时间保留原来颜色,所以硅酸铜钡的性质稳定,不易褪色。 答案C 6.下列变化不能一步实现的是( ) A.Na2SiO3→H2SiO3 B.H2SiO3→SiO2 C.SiO2→H2SiO3 D.SiO2→Na2SiO3 解析Na2SiO3+2HCl答案C 7.下列说法不正确的是( )
A.陶瓷是以黏土为主要原料,经高温烧结而成的 B.高纯单质硅可以制成光电池,将光能直接转换为电能 C.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
D.向饱和Na2SiO3溶液中通入足量CO2,然后蒸发结晶,最后灼烧,得到Na2CO3、SiO2 解析向饱和Na2SiO3溶液中通入足量CO2时发生反应Na2SiO3+2CO2+2H2O
H2SiO3↓+2NaHCO3,
蒸发结晶可得H2SiO3、NaHCO3,灼烧时二者分解生成SiO2、Na2CO3,进而发生反应SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑,故灼烧后得Na2SiO3,D项错误。 答案D
8.A、B、C、D、E五种含硅元素的物质,相互转化关系如图所示:
H2SiO3↓+2NaCl;H2SiO3
SiO2+H2O;SiO2+2NaOH
Na2SiO3+H2O。
(1)推断A~E的化学式:A ,B ,C(2)写出①B②A
,D ,E 。
A的化学方程式: 。
C的离子方程式: 。
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解析B在空气中燃烧生成D,B可能为Si,B和D都能与NaOH溶液反应生成A,则A为Na2SiO3,A和盐酸反应生成C,C为H2SiO3,H2SiO3受热分解又生成SiO2,证明B为Si,E为CaSiO3。 答案(1)Na2SiO3 Si H2SiO3 SiO2 CaSiO3
(2)①Si+2NaOH+H2O
-+
②SiO23+2H
Na2SiO3+2H2↑
H2SiO3↓
9.根据要求回答下列问题。
(1)将下列硅酸盐改写成氧化物形式。
钾云母的化学式为K2H4Al6Si6O24,其简单氧化物形式为 。 普通玻璃的化学式为Na2CaSi6O14,其简单氧化物形式为 。 石棉的化学式为CaMg3Si4O12,其简单氧化物形式为 。 (2)长石的化学式为KAlSi3Ox,x= 。 (3)设计实验检验硅酸盐具有防火性。
①取两块滤纸,分别浸入蒸馏水和饱和硅酸钠溶液中,使之充分吸湿,浸透,取出稍沥干(不再滴液体)后,同时分别在酒精灯外焰点燃,实验现象:放入蒸馏水吸湿的滤纸在酒精灯火焰上首先变干,然后又 ;而放入饱和硅酸钠溶液中的滤纸在酒精灯火焰上仅是 ,并不 。 ②实验结论:硅酸钠的水溶液可以用作木材或滤纸的 。 ③浸过硅酸钠溶液的织物不容易燃烧的原因是 。
解析(1)改写氧化物时,元素种类不变,原子个数不变,元素化合价不变。(2)根据元素化合价代数和等于零,确定氧原子个数。钾、铝、硅的化合价分别为+1价、+3价、+4价,得:1+3+3×4=2x,x=8。(3)硅酸钠耐高温。
答案(1)K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O Na2O·CaO·6SiO2 CaO·3MgO·4SiO2
(2)8
(3)①燃烧 变干 燃烧 ②防火剂 ③硅酸钠具有耐高温性,浸泡过硅酸钠溶液的织物在高温时,蒸发水,硅酸钠附着在织物表面,阻止了空气中氧气与织物接触,故不能燃烧
能力提升
1.下面关于硅的叙述中,正确的是( )
A.硅的非金属性比碳的强,只有在高温下才能与氢气发生化合反应
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
解析硅的非金属性比碳的弱,A项错;硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,排名前四位的元素是O、Si、Al、Fe,所以B项错;硅在自然界中是以化合态存在的,所以C项也错。 答案D 2.硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列有关说法正确的是( )
A.硅的含量居第二位,在地球上有丰富的单质硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅 B.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的燃料
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C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用玻璃塞
D.硅是一种良好的半导体材料,所以是制造光导纤维的基本原料 答案B 3.由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是
( )
A.SiHCl3摩尔质量为135.5 g B.H2和HCl均可循环利用 C.SiO2是一种坚硬难熔的固体 D.①②③均属于氧化还原反应
解析SiHCl3摩尔质量为135.5 g·mol-1,A项错误;由生产高纯硅的流程示意图可知,H2和HCl既是反应物,又是生成物,所以可重复利用的物质是H2和HCl,B项正确;SiO2硬度大、熔点高,C项正确;反应①为SiO2+2C
Si+2CO↑,反应②Si(粗)+3HCl
SiHCl3+H2,反应③SiHCl3+H2
Si(纯硅)+3HCl,
均属于氧化还原反应,D项正确。 答案A 4.(1)将下列硅酸盐改写成氧化物的形式: ①镁橄榄石(Mg2SiO4): ;
②高岭石[Al2Si2O5(OH)4]: 。
(2)许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写为氧化物形式,请继续改写以下物质: HNO3: ;HCOOH: ; KAl(SO4)2·12H2O: 。
通过以上改写可知,HNO3对应的酸性氧化物为 ,HCOOH在浓硫酸的作用下可制 气体(浓硫酸可以将某些物质中的H和O元素按照2∶1的比例脱去)。
(3)已知在一定条件下,Fe在Cl2中燃烧可以生成Fe3Cl8,它可以看作是FeCl2·2FeCl3。类似地,碘与Fe在一定条件下可得到Fe3I8,则它可以看作是 。
解析(1)将硅酸盐改写成氧化物时,根据改写规律,判断出各元素的化合价,找出各种形式的氧化物,并依据金属活动性,依次为金属氧化物→SiO2→H2O。
(2)类比将硅酸盐改写成氧化物的形式,HNO3中氮元素为+5价,相应的氧化物为N2O5,所以需要将化学式中各原子个数都扩大2倍,可以得到如下氧化物的形式:N2O5·H2O。酸酐是酸脱水后的产物,所以HNO3的酸酐为N2O5。HCOOH可以写成CO·H2O的形式,在浓硫酸作用下脱水形成CO。
KAl(SO4)2·12H2O中K为+1价,相应的氧化物为K2O,Al为+3价,相应的氧化物为Al2O3,S为+6价,相应的氧化物为SO3,因为化学式中Al和K都只有1个,所以需要先将化学式中所有的原子个数都扩大2倍,然后再改写成氧化物的形式:K2O·Al2O3·4SO3·24H2O。
(3)碘单质具有弱氧化性,只能将Fe氧化成+2价的铁,即Fe3I8中铁元素全部以FeI2形式存在,其余的碘则以碘单质的形式存在,即3FeI2·I2。 答案(1)①2MgO·SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O
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(2)N2O5·H2O CO·H2O K2O·Al2O3·4SO3·24H2O N2O5 CO
(3)3FeI2·I2
5.氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料,属于新型功能性陶瓷产品,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定,工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃时反应获得。
(1)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强,除氢氟酸外,它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式: 。
(2)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,可得较高纯度的氮化硅及氯化氢,反应的化学方程式为 。
(3)沸石是一种含结晶水的、具有多孔结构的铝硅酸盐,化学式为Na2Al2Si3O10(H2O)2,若以氧化物形式可表示为 。
解析(1)根据题目信息可知,Si3N4与氢氟酸反应,因Si3N4中硅元素化合价为+4价,氮元素化合价为-3价,故其生成物应为SiF4和NH3。
(2)根据质量守恒,SiCl4与N2、H2在高温下反应时,除生成Si3N4外,另一种生成物为HCl。 (3)以氧化物形式表示硅酸盐组成时,应注意氧化物的书写顺序:金属氧化物→SiO2→H2O,当有多种金属氧化物时则按金属活动性顺序排列,同时要注意原子守恒。 答案(1)Si3N4+12HF
(2)3SiCl4+2N2+6H2
3SiF4↑+4NH3↑
Si3N4+12HCl
(3)Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O
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均不能与稀硫酸反应; 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……在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”的化学方程式是 。 (2)写出②的化学方程式: 。
(3)该过程中产率比预期低的原因是 。 (4)你估计“在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。 。
解析还原性弱的碳能制还原性强的硅是由于反应为高温下的气相反应,其化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑,镁和SiO2按8∶5的质量比反应,产物中有MgO,根据质量守恒推知另一种产物为Mg2Si,所你是我心中最美的一朵云你是我心中最美的一朵云你是我心中最美的一朵云你是我心中最美的一朵云
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以总反应为SiO2+4Mg
2MgO+Mg2Si。同时在此过程中一部分硅转化生成了Mg2Si,所以产率比
预期的低。向其中加入稀硫酸时,产生的气体为SiH4,其在空气中能够自燃,即SiH4+2O2SiO2+2H2O。 答案(1)2C+SiO2
(2)SiO2+4Mg
Si+2CO↑ 2MgO+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
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2024-2024学年高一化学人教版必修1练习：第四章 第一节 第2课时 硅酸盐和硅
