硅及其化合物教案

硅及其化合物主干知識梳理硅1、物理性質(zhì):晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。晶體硅的熔沸點很高，硬度也很大。是良好的半導(dǎo)體材料。2、化學(xué)性質(zhì):硅的還原性：與氟氣反應(yīng):與氫氟酸反應(yīng):與強堿溶液反應(yīng):與氯氣反應(yīng)加熱_:與氧氣反應(yīng)加熱:2、制法：高溫SiO2+2C===Si+2CO↑(含雜質(zhì)的粗硅）高溫Si+2Cl2==SiCl4高溫SiCl4+2H2==Si+4HCl↑這樣就可得到純度較高的多晶硅。Si與C的比較有機世界的主角——碳無機世界的主角——硅存在原子結(jié)構(gòu)++642+1+14824晶體結(jié)構(gòu)碳的單質(zhì)有金剛石、石墨、和，其結(jié)構(gòu)各不相同結(jié)構(gòu)與金剛石類似物理性質(zhì)金剛石的熔點、沸點高，堅硬，不溶于水，是絕緣體，石墨是電的良導(dǎo)體。（熔點金剛石＞硅）晶體硅：金屬光澤，灰黑色固體，熔點和沸點高，其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體體之間和非導(dǎo)體之間，是良好的半導(dǎo)體?；瘜W(xué)性質(zhì)二、二氧化硅1物理性質(zhì)：熔點高，硬度大，不溶于水。純凈的SiO2晶體無色透明的固體。2化學(xué)性質(zhì)：①酸性氧化物a、在常溫下與強堿反應(yīng)，生成鹽和水。例如：b、在高溫下與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽。例如：②弱氧化性：高溫下被焦炭還原③特殊反應(yīng)：a、與HF反應(yīng)：氫氟酸是唯一可以與的SiO2反應(yīng)的酸。b、與Na2CO3和CaCO3反應(yīng)：SiO2與CO2的比較二氧化碳二氧化硅類別酸性氧化物酸性氧化物存在空氣存在于巖石、沙子、硅石、石英、水晶、硅藻土中化學(xué)式的意義可表示CO2分子的組成不能表示SiO2的分子組成，僅表示SiO2中硅原子和氧原子個數(shù)之比為1：2物理性質(zhì)氣體，熔、沸點低，可溶于水，比空氣重，不支持燃燒，不支持呼吸堅硬，不溶于水，熔、沸點高與水反應(yīng)不反應(yīng)與酸反應(yīng)不反應(yīng)除HF外不反應(yīng)4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O與鹽反應(yīng)與堿反應(yīng)與CaO反應(yīng)轉(zhuǎn)化用途飲料、制堿，做干粉滅火器光導(dǎo)纖維、化學(xué)儀器、光學(xué)儀器、鐘表部件、電子元件等三、硅酸1、物理性質(zhì)：白色晶體，不溶于水，不能使指示劑褪色，是一種白色粉末狀的固體。2、化學(xué)性質(zhì)：酸性小于碳酸。Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓H2SiO3H2O+SiO2四、硅酸鹽1、定義：由硅、氧和金屬組成化合物的總稱。2、硅酸鹽組成的表示方法鹽化學(xué)式法如：硅酸鈉Na2SiO3、硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成比較簡單的硅酸鹽。氧化法(1)金屬元素氧化物寫在前，再寫二氧化硅，最后寫水。(2)氧化物之間用“·”隔開。高嶺石Al2O3?2SiO2·2H2O石棉CaO?3MgO?4SiO21．(20XX年臺州高一檢測)下列說法錯誤的是()A．硅是制造太陽能電池的常用材料B．二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的材料C．常溫下硅性質(zhì)活潑，可以與氯氣、強酸、強堿溶液等起反應(yīng)D．水玻璃可用作木材防火劑解析：選C。C項，常溫下硅不與Cl2、強酸等起反應(yīng)。2．(20XX年廈門模擬)有科學(xué)家認為：硅是“21世紀的能源”、“未來的石油”，下列有關(guān)硅可能成為新型能源的敘述中不正確的是()A．自然界存在大量硅單質(zhì)B．自然界的硅易開采，且可再生C．硅燃料便于運輸、貯存，從安全角度考慮，硅是優(yōu)質(zhì)燃料D．硅燃料燃燒放出的熱量多，其燃燒產(chǎn)物對環(huán)境的污染容易有效地控制解析：選A。A項，硅在自然界中主要以二氧化硅、硅酸鹽的形式存在，不存在大量硅單質(zhì)。3．(20XX年莆田高一檢測)下列不能用帶玻璃塞的試劑瓶保存的溶液是()A．硫酸鈉溶液B．燒堿溶液C．硝酸溶液D．濃硫酸解析：選B。玻璃中含有SiO2，可與強堿反應(yīng)生成Na2SiO3，有粘性，可將瓶和塞子粘在一起。4．(20XX年曲師大附中高一檢測)如圖為刻蝕在玻璃上的精美的花紋圖案，則該刻蝕過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為()A．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑B．NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑C．Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑D．SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O解析：選D。SiO2與氫氟酸非常容易反應(yīng)，故D正確。5．素有“水晶之鄉(xiāng)”美稱的江蘇東?？h盛產(chǎn)水晶，現(xiàn)存于國家地質(zhì)博物館的水晶大王就出自東?？h。水晶是較純凈的透明的石英晶體，石英的主要成分是SiO2。下列有關(guān)石英的敘述正確的是()A．石英都是無色透明的晶體，可以作裝飾品，也可以制作光學(xué)儀器B．石英可以用來生產(chǎn)玻璃C．石英晶體可以制取金剛砂D．石英不可以用來制取高純硅，可以制光導(dǎo)纖維解析：選BC。純凈的SiO2晶體水晶是無色的，而其他的石英晶體具有不同的顏色，如瑪瑙。生產(chǎn)玻璃的原料是石英、純堿與石灰石。金剛砂是SiC，可以用SiO2與過量C反應(yīng)制得。石英是光導(dǎo)纖維的材料，可以通過石英與碳得到單質(zhì)Si，然后再與Cl2反應(yīng)生成SiCl4，SiCl4與H2反應(yīng)得到純凈的Si。6．下表中括號內(nèi)物質(zhì)是雜質(zhì)，試將除雜試劑及分離方法填入表內(nèi)：混合物SiO2(CaCO3)CO2、(SO2)NaHCO3(Na2SiO3)SiO2(NaCl)除雜試劑除雜方法解析：SiO2(CaCO3)：可利用SiO2不溶于鹽酸而CaCO3溶于鹽酸除去CaCO3；CO2(SO2)：可通入飽和NaHCO3溶液；NaHCO3(Na2SiO3)：通入足量CO2氣體；SiO2(NaCl)：溶于水，過濾。答案：混合物SiO2(CaCO3)CO2(SO2)NaHCO3(Na2SiO3)SiO2(NaCl)除雜試劑鹽酸飽和NaHCO3溶液通入足量CO2水除雜方法過濾洗氣過濾過濾1．下列關(guān)于硅酸的敘述，錯誤的是()A．硅酸是一種很弱的酸B．硅酸可由二氧化硅與水反應(yīng)制得C．硅酸不穩(wěn)定，加熱脫水會生成二氧化硅D．硅酸可以由可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)制得解析：選B。二氧化硅對應(yīng)的酸雖然是硅酸，但是由于二氧化硅不溶于水也不與水反應(yīng)，所以B項錯誤。2．能證明碳酸的酸性比硅酸強的事實是()A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水直接反應(yīng)生成硅酸B．在高溫條件下，SiO2和Na2CO3能發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑C．SiO2熔點比CO2高D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色膠狀沉淀，所生成的H2SiO3逐漸聚合而形成硅酸溶膠解析：選D。B項是在固體反應(yīng)中難揮發(fā)性(高沸點)物質(zhì)制取易揮發(fā)性(低沸點)物質(zhì)，它是利用兩者共熔時生成易揮發(fā)的CO2使反應(yīng)發(fā)生；D項是較強的酸與較弱的酸的鹽溶液反應(yīng)生成較強酸的鹽和較弱酸的復(fù)分解反應(yīng)，這是該類復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件之一；A項是二者的水溶性，不能證明碳酸的酸性比硅酸強，C項是二者的熔點，也不能證明碳酸的酸性比硅酸強。3．(20XX年臨沂高一檢測)在一定條件下，既能跟二氧化碳反應(yīng)，又能跟二氧化硅反應(yīng)的是()A．Na2CO3溶液B．濃H2SO4C．NaOH溶液D．木炭解析：選CD。因CO2及SiO2均為酸性氧化物，故都可與強堿反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽。如SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O。這兩種氧化物也均可與木炭發(fā)生反應(yīng)：C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO；2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。4．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(xiàn)；若有不溶物則濾出，投入到氫氧化鈉溶液中看其是否溶解解析：選D。SiO2不溶于除氫氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3均可溶于鹽酸且CaCO3溶于鹽酸有氣泡生成，SiO2可以溶于NaOH溶液。5．10g含有雜質(zhì)的CaCO3和足量的鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生CO20.1mol，則此樣品中可能含有的雜質(zhì)是()A．KHCO3和MgCO3B．MgCO3和SiO2C．K2CO3和SiO2D．無法確定解析：選B。10gCaCO3剛好相當(dāng)于0.1mol，完全反應(yīng)時恰好可放出0.1mol的CO2。若其中含有雜質(zhì)，則應(yīng)是一個產(chǎn)生CO2的能力強的(等質(zhì)量的情況產(chǎn)生比CaCO3更多的氣體)和另一個產(chǎn)生CO2的能力不如CaCO3或干脆不產(chǎn)生CO2的物質(zhì)組成的混合物，符合該條件的只有B項。6．將過量的CO2分別通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③NaAlO2溶液；④飽和Na2CO3溶液；⑤Ca(OH)2。最終溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④⑤B．②③④C．②④⑤D．①②④解析：選B。CO2溶于水：CO2＋H2OH2CO3，H2CO3的酸性比鹽酸弱，而比硅酸、鋁酸(即氫氧化鋁)強。根據(jù)溶液中酸與鹽反應(yīng)的規(guī)律，CO2通入CaCl2溶液無明顯現(xiàn)象(弱酸不能制強酸)；過量CO2通入Na2SiO3、NaAlO2溶液有白色沉淀H2SiO3、Al(OH)3產(chǎn)生；過量CO2通入飽和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而結(jié)晶析出；過量的CO2通入Ca(OH)2溶液中最終生成Ca(HCO3)2而無沉淀析出：Ca(OH)2＋2CO2=Ca(HCO3)2。7．下列關(guān)于硅和硅的化合物的敘述，不正確的是()①二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，都是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)②硅是地殼中含量最多的非金屬元素③晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料④二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的重要原料⑤SiO2分子是由兩個氧原子和一個硅原子組成的⑥SiO2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸A．①②⑥B．①⑤⑥C．③④⑤⑥D(zhuǎn)．②⑤⑥解析：選D。地殼中含量最多的非金屬元素為氧，SiO2只是晶體二氧化硅的表示式，表示晶體中硅原子與氧原子個數(shù)比為1∶2，SiO2不溶于水。8．據(jù)報導(dǎo)我國科學(xué)家近年來研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．它耐高溫抗氧化B．它比鋼鐵輕、硬，但質(zhì)地較脆C．它沒有固定熔點D．它是一種新型無機非金屬材料解析：選B。航空材料的特點是輕質(zhì)、高強、高可靠性。故A正確、B錯；復(fù)合材料屬于混合物，沒有固定的熔點，碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成的材料均屬于新型無機非金屬材料，C、D正確。9．根據(jù)不同部位的工作條件，航天飛機使用下述幾種防熱材料：①頭錐和機翼前緣受氣體摩擦最大，使用表面涂硅的碳碳復(fù)合材料。②機身和機翼下表面使用高溫陶瓷瓦。③機身側(cè)面和機翼上表面使用高溫陶瓷瓦。④貨艙門、尾段機身等采用聚芳酰胺纖維材料制造的氈瓦。下列對新型陶瓷材料的有關(guān)敘述中不正確的是()A．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機非金屬材料，可以作為高級耐火材料B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，它是高溫結(jié)構(gòu)材料C．氮化硅陶瓷屬于新型無機非金屬材料，可用于制造陶瓷柴油機的受熱面D．新型無機非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點，但是強度比較差解析：選D。本題考查常見的新型無機非金屬材料及其性質(zhì)的知識。氧化鋁陶瓷是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，俗稱人造剛玉；新型無機非金屬材料具有耐高溫、強度大、抗氧化等優(yōu)良性能。10．下列反應(yīng)的離子方程式不正確的是()A．大理石與醋酸反應(yīng)：CaCO3＋2CH3COOH=Ca2＋＋2CH3COO－＋CO2↑＋H2OB．水玻璃與鹽酸反應(yīng)：SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓C．水玻璃與醋酸反應(yīng)：SiO32－＋2H＋=H2SiO3↓D．硅石與燒堿溶液反應(yīng)：SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2O解析：選C。CaCO3、H2SiO3都難溶于水，硅石即SiO2，它也難溶于水，Na2SiO3、Ca(CH3COO)2都易溶于水，易電離。CH3COOH易溶于水但難電離。寫離子方程式時，易溶于水且易電離的物質(zhì)用有關(guān)的離子符號表示，其他的物質(zhì)一概用化學(xué)式表示。11．(20XX年蘇州高一檢測)A、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖所示。A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。請?zhí)羁眨?1)形成單質(zhì)A的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為________，它的最高化合價為________。(2)B的化學(xué)式(分子式)為_______________________________，B和碳反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(3)C的化學(xué)式(分子式)為________，D的化學(xué)式(分子式)為________。解析：“A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似”是做此題的關(guān)鍵。由此可以得出A為Si，B為SiO2；SiO2在高溫的條件下與氧化鈣反應(yīng)得到的是C，即硅酸鈣；SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到D，是硅酸鈉溶液。從框圖中可以得出E應(yīng)是CO。(2)SiO2SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(3)CaSiO3Na2SiO312．有三種透明、不溶于水的堅硬固體，A固體在氧氣中完全燃燒只得到一種無色氣體，此氣體能使澄清石灰水變渾濁，標準狀況下測得此氣體的密度為氧氣密度的1.375倍。B固體可溶于熱的苛性鈉溶液，再往該溶液中加入過量酸時，析出白色膠狀沉淀，此沉淀干燥后，為不溶于水的白色粉末，它是一種比碳酸還弱的酸。將B與石灰石、純堿按比例混合加熱后得到C，C在高溫時軟化，無固定熔點。(1)A為________，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________；(2)B為________，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式___________________；(3)C為________。解析：解答本題應(yīng)從A的燃燒產(chǎn)物入手，該氣體的相對分子質(zhì)量為：32×1.375＝44。該氣體無色，且能使澄清石灰水變渾濁，應(yīng)為二氧化碳。因為A為透明、不溶于水、堅硬的固體，由此推斷A為金剛石。B同樣為透明、不溶于水的堅硬固體，但可溶于熱的苛性鈉溶液，所得溶液中加入過量的酸時可析出白色固體，最終得到一種比碳酸還弱的酸，因此B為石英。C物質(zhì)由石灰石、純堿和B物質(zhì)(石英)混合加熱反應(yīng)而制得的，在高溫時軟化，無固定熔點，這符合玻璃的性質(zhì)特點，故C為玻璃。答案：(1)金剛石C＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2(2)石英SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(3)普通玻璃13．有一碳酸鈣樣品中含有二氧化硅，為測定碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)，某化學(xué)活動小組設(shè)計了多種實驗方案。方案1稱取樣品mg，加入過量鹽酸，用排水法收集并測定CO2的體積。方案2稱取樣品mg，加入過量cmol·L－1的鹽酸VmL溶解樣品(設(shè)溶解后溶液的體積仍為VmL)，取溶解樣品后的溶液0.1VmL，加入V1mLc1mol·L－1NaOH溶液時恰好完全反應(yīng)。方案3稱取樣品mg，加入足量鹽酸使樣品溶解，過濾，在濾液中加入過量的碳酸鈉溶液，再過濾，將沉淀洗滌、干燥，稱得碳酸鈣的質(zhì)量為m1g。(1)請你再提出一種方案__________________________________________________________________________________________________________。(2)用方案2的實驗數(shù)據(jù)，計算碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)________。(3)實驗中發(fā)現(xiàn)，依方案1、3所測定的碳酸鈣含量不準確，其中方案1收集和測定二氧化碳的體積應(yīng)改為排__________溶液，方案3中導(dǎo)致測定結(jié)果__________(填“偏高”或“偏低”)，原因是________________________________________________________________________。解析：(1)方案1、2、3都是通過測定CaCO3的質(zhì)量來測定樣品中CaCO3的質(zhì)量分數(shù)，因此可考慮通過測出樣品中SiO2的質(zhì)量來測定樣品中CaCO3的質(zhì)量分數(shù)。(2)由HCl～NaOH，與碳酸鈣反應(yīng)的HCl的物質(zhì)的量為cmol·L－1×0.001VL－c1mol·L－1×0.001V1L×10＝0.001(cV－10c1V1)mol，由CaCO3～2HCl得碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為：eq\f(0.001(cV－10c1V1)mol×\f(1,2)×100g·mol－1,m)×100%＝eq\f(5(cV－10c1V1),m)%。(3)采用排飽和NaHCO3溶液的方法測定CO2的體積，可減少CO2在水中的溶解；方案3在實際操作時，不可能將濾紙上的固體沉淀全部轉(zhuǎn)移出來進行稱量，因此稱得CaCO3的質(zhì)量比真實值偏低。答案：(1)稱取樣品mg，加入足量的鹽酸使樣品中的碳酸鈣完全溶解、過濾，將沉淀洗滌、干燥、稱量，得