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硅和二氧化硅
【主干知识梳理】
一、硅
1、硅元素的存在
硅在地壳中的含量仅次于氧，为26.3%。硅是一种亲氧元素，在自然界仅以化合态的形式存在，主要以硅酸盐(如：地壳中的大多数矿物)和氧化物(如：水晶、玛瑙)的形式存在
2、硅的物理性质
晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
3、化学性质
硅的原子结构示意图为，最外层有4个电子，反应中既不容易得到电子，也不容易失去电子
(1)常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF(氢氟酸)、强碱(如NaOH)溶液反应
①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4
②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
(2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应
①与O2反应：Si＋O2SiO2
②与Cl2反应：Si＋2Cl2SiCl4
③与C反应：Si＋CSiC
4、单质硅的制备——硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅
(1)单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段
①用碳还原二氧化硅制备粗硅 SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅 Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
【微点拨】
①粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2
②粗硅中含碳等杂质，与氯气反应生成的SiCl4中也含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度的硅
(2)工业制备高纯硅的原理
工业制备高纯硅的原理示意图 涉及的主要化学反应
①SiO2＋2CSi＋2CO↑②Si＋3HClSiHCl3＋H2③SiHCl3＋H2Si＋3HCl
5、硅主要的用途
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及太阳能光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池；单质硅常用作半导体材料和合金材料
【微点拨】
(1)硅单质的特性
①非金属单质一般不与非氧化性酸作用，但Si却能与氢氟酸作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
②非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力
③Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
④非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液反应放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
(2)硅与NaOH溶液的反应本质
在硅与NaOH溶液的反应中，还原剂是硅，氧化剂是水，该反应可理解为分两步进行。首先，硅与水反应生成H2SiO3和H2：Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑；然后，H2SiO3与NaOH反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。当标电子转移的方向和数目时，应表示为：
【对点训练1】
1、下列关于碳和硅的比较，正确的是(　　)
A．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸
B．碳和硅的最高正价都是＋4价
C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位
D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态
2、下列关于硅的说法中，错误的是(　　)
A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度小，熔点低
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
3、高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)。下列说法正确的是(　　)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑
B．步骤①②③中每生成或反应1 mol Si，转移4 mol电子
C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
二、二氧化硅(SiO2)
1、存在：SiO2广泛存在于自然界中，SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅
2、物理性质：SiO2不溶于水，熔点高，硬度大
3、结构
SiO2晶体的基本结构单元是硅氧四面体，每个Si原子周围结合4个O原子，每个O原子与2个Si原子相结合，许多以Si为中心，O在4个顶点的四面体通过顶点的O相连接而组成立体网状结构的晶体
①二氧化硅晶体是原子晶体，是由硅原子和氧原子构成的
②二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为1:2
③二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键的比为1:4，即1mol SiO2晶体中约含4NA个Si—O共价键
4、化学性质
(1)具有酸性氧化物的通性：SiO2是酸性氧化物，是硅酸的酸酐，难溶于于水
①SiO2与NaOH溶液反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO3
(2)SiO2的弱氧化性：SiO2＋2CSi＋2CO↑
(3)SiO2能与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (用氢氟酸刻蚀玻璃)
【微点拨】
①盛装NaOH、Na2CO3等碱性溶液的玻璃试剂瓶应用橡皮塞或软木塞，而不能用磨口玻璃塞，盛装硅酸钠溶液的试剂瓶也不能用玻璃塞(硅酸钠是一种矿物胶，粘性大)
②氢氟酸可较快腐蚀玻璃，可用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶保存氢氟酸而应用塑料瓶
③石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体
5、二氧化硅的用途
①沙子是基本的建筑材料
②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维
③石英和玛瑙制作饰物和工艺品
④实验室中使用石英坩埚
⑤SiO2用于制备硅
⑥SiO2用于制造各种玻璃制品
6、CO2和SiO2的比较
物质比较项目 二氧化硅(SiO2) 二氧化碳(CO2)
结构 立体网状结构，不存在单个分子 存在单个CO2分子
物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3
与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反应
与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) CO2(少量)＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2(过量)＋NaOH===NaHCO3
与盐反应 与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋Na2CO3Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
与碱性氧化物反应 与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3 与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3
氧化性 CO2＋C2CO 2C＋SiO2Si＋2CO↑
用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐
【对点训练2】
1、关于二氧化硅，下列叙述正确的是________
①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚
②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸
③物理性质与CO2相似
④SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的
⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2
⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”
2、下列说法正确的是(　　)
A．SiO2熔点高、硬度大，可用于制光导纤维
B．SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池
C．由于HF能与SiO2反应，所以可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
D．在一定条件下，SiO2SiCl4Si物质间转化均能实现
3、下列关于硅及二氧化硅的化学性质的化学方程式书写错误的是(　　)
A．硅与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
B．硅与烧碱溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
C．硅与盐酸反应：Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑
D．二氧化硅在高温下被C还原：SiO2＋2CSi＋2CO↑
4、熔融氢氧化钠应选用(　　)
A．石英坩埚 B．普通玻璃坩埚 C．生铁坩埚 D．陶瓷坩埚
5、下列溶液中①硅酸钠溶液　②氢氟酸　③氢氧化钠溶液 ④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是(　　)
A．①③ B．②④ C．②③ D．①④
三、硅酸(H2SiO3) 原硅酸(H4SiO4)
1、物理性质：硅酸是白色胶状沉淀
2、化学性质
(1)弱酸性：不溶于水[唯一不溶于水的酸]的二元弱酸(酸性比碳酸的酸性弱)，硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色
(2)不稳定性：H2SiO3SiO2＋H2O
(3)与碱溶液反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O
3、用途
硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品的干燥剂，也可以用作催化剂的载体
4、硅酸的制备——实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸
实验过程 在试管中加入3~5mL Na2SiO3溶液(饱和Na2SiO3溶液按1:2或1:3的体积比用水稀释)，滴入12滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象
实验操作
实验现象 溶液变为红色 溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成
实验结论 Na2SiO3溶液呈碱性 硅酸为不溶于水的白色固体
化学方程式 Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3(胶体)＋2NaCl
5、H2CO3与H2SiO3性质的比较
物质比较项目 H2CO3 H2SiO3
酸性 均为弱酸，且酸性：H2CO3>H2SiO3
水溶性 能溶于水 难溶于水
稳定性 常温下易分解生成CO2和H2O 受热易分解生成SiO2和H2O
制备 CO2＋H2OH2CO3 Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)
转化关系 Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3
【微点拨】
①SiO2不溶于水，如何由SiO2制取H2SiO3
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
②设计一个实验比较硅酸和碳酸的酸性强弱？
实验过程 向Na2SiO3溶液中通入CO2气体
实验装置图
实验现象 有白色胶状沉淀物生成
实验结论 硅酸的酸性比碳酸弱
化学方程式 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3
【对点训练3】
1、下列关于硅酸的说法正确的是(　　)
A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得
B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质
C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应
D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂
2、下列关于硅酸的叙述错误的是(　　)
A．硅酸是一种很弱的酸 B．硅酸可由二氧化硅与水反应制得
C．硅酸不稳定，加热分解会生成二氧化硅 D．硅酸可由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得
3、能证明碳酸比硅酸酸性强的实验事实是(　　)
A．CO2是气体，SiO2是固体 B．高温下，二氧化硅和碳酸钠能反应
C．CO2溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水 D．CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成
4、下列叙述正确的是(　　)
A．硅酸胶体是纯净物
B．硅酸胶体粒子的直径在1～100 nm之间
C．胶体区别于其他分散系的本质特征是有丁达尔效应
D．硅酸胶体的胶粒不能通过滤纸
【课后作业】
1、我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　)
A．晶体硅和金刚石的物理性质相似
B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
2、有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”等观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是(　　)
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界中存在大量单质硅
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．自然界硅的贮量丰富
3、科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中错误的是(　　)
A．自然界中硅元素的储量丰富 B．自然界中存在大量的单质硅
C．高纯度的硅被用作计算机芯片 D．可用H2在高温下还原SiCl4的方法得到高纯硅
4、在SiO2＋3CSiC＋2CO↑反应中，氧化剂和还原剂的质量比为(　　)
A．36:30 B．60:36 C．2:1 D．1:2
5、高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下，下列说法正确的是(　　)
A．自然界中存在大量的单质硅
B．电弧炉中的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑
C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
6、下列有关硅的说法不正确的是(　　)
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
7、能用磨口玻璃塞玻璃瓶存放的试剂有(　　)
A．烧碱溶液 B．浓硝酸 C．氢氟酸 D．硅酸钠溶液
8、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可由两种单质直接反应生成，将其加入BaCl2溶液中同时有气体和沉淀产生
D．除去SiO2中混有的BaCO3可加入适量的稀盐酸
9、下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是(　　)
A．SiO2属于两性氧化物 B．酸性：H2SiO3＞H2CO3
C．硅胶吸水后可重复再生 D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
10、下列关于二氧化硅的说法错误的是(　　)
A．二氧化硅是一种非金属氧化物 B．二氧化硅不存在单个的分子
C．二氧化硅中硅元素与氧元素的质量比为7∶8 D．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成
11、下列反应不能一步完成的是(　　)
A．SiO2→Na2SiO3　　 B．SiO2→H2SiO3 C．Na2SiO3→H2SiO3 D．H2SiO3→SiO2
12、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．①②③④ B．②④ C．①②③ D．②③
13、SiO2属于酸性氧化物的理由主要是(　　)
A．硅是非金属元素 B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸
C．SiO2能与强碱反应生成盐和水 D．SiO2不能与酸反应
14、在①浓硝酸、②水、③盐酸、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，常温时能与二氧化硅起化学反应的有(　　)
A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
15、和空气接触可发生非氧化还原反应的物质是(　　)
①Na　②Na2SiO3溶液　③Na2O2　④烧碱溶液　 ⑤石灰水　⑥Fe(OH)2
A．①③④ B．②④⑤ C．②③⑥ D．①④⑤
16、下列说法正确的是(　　)
A．CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，说明酸性：H2CO3>H2SiO3
B．SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性：H2SiO3>H2CO3
C．在复分解反应中必须是酸性强的生成酸性弱的
D．已知酸性：H2CO3>HClO>HCO，则CO2＋H2O＋2NaClO===Na2CO3＋2HClO
17、下列关于硅及二氧化硅的化学性质的化学方程式书写错误的是(　　)
A．硅与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
B．硅与烧碱溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
C．硅与盐酸反应：Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑
D．二氧化硅在高温下被C还原：SiO2＋2CSi＋2CO↑
18、二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是(　　)
A．二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B．二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C．实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D．氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
19、下列关于二氧化硅和二氧化碳的说法中错误的是(　　)
A．与二氧化碳分子相似， 1个硅原子和2个氧原子构成1个二氧化硅分子
B．通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体
C．二氧化硅和二氧化碳都能与氧化钙反应生成盐
D．二氧化硅和二氧化碳都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
20、下列关于二氧化碳和二氧化硅的说法中正确的是(　　)
A．二氧化碳和二氧化硅分别是碳酸和硅酸的酸酐
B．二氧化碳和二氧化硅与水反应分别生成相应的酸
C．二氧化碳是酸性氧化物，二氧化硅是两性氧化物
D．二氧化碳和二氧化硅都是由相应的分子组成的
21、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：____________________________________
22、如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。请回答下列问题：
(1)B的化学式是__________，目前B已被用作________的主要原料
(2)B和a溶液反应的离子方程式是____________________________________________
(3)A和a溶液反应的离子方程式是____________________________________________
(4)C和过量的盐酸反应的离子方程式是________________________________________
23、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H2SO4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……用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”的化学反应方程式是________________
(2)写出②的反应方程式：______________________________________
(3)该过程中产率比预期低的原因是________________________________
(4)你估计“用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：_________________
24、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18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体为13.44 L，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：______________________________________
【硅和二氧化硅】答案
【对点训练1】
1、B。解析：SiO2不溶于水，也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅。
2、C。解析：硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；硅的化学性质不活泼，常温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。
3、D。解析：A项，产物应为CO，错误；B项，第②、③步中转移2 mol电子，错误；C项，硅可与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，错误；D项，根据物质的沸点不同可用蒸馏的方法进行分离，正确。
【对点训练2】
1、⑤⑥。解析：①SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与NaOH发生反应，熔融NaOH固体不能用石英坩埚，①不正确；②SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；③SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；④SiO2晶体是由Si、O原子构成的，不含SiO2分子，④不正确；⑤正确；⑥光导纤维主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此易发生“断路”，⑥正确。
2、C。解析：SiO2可用于制光导纤维不是因为它的熔点高、硬度大，也不是因为它具有导电性，而是由于它能够有效地传导光信号，制造光电池利用的是单质硅的半导体性能，A、B错误；SiO2不与盐酸反应，D错误。
3、C。解析：常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。加热或高温条件下能与C、Cl2、O2等发生反应，化学方程式分别为Si＋CSiC、Si＋2Cl2SiCl4、Si＋O2SiO2。
4、C。解析：烧碱与二氧化硅反应。
5、A。解析：氢氟酸腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶。氯化钠溶液可以用玻璃试剂瓶和磨口玻璃塞，硅酸钠是一种黏合剂，可以用玻璃试剂瓶，不能用磨口玻璃塞。氢氧化钠与玻璃中的主要成分SiO2反应生成硅酸钠，因此也不能用磨口玻璃塞。
【对点训练3】
1、D。解析：SiO2不能与水反应生成硅酸，A错；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错。
2、B。解析：A项，硅酸是一种弱酸，正确；B项，二氧化硅不溶于水，不能和水反应生成硅酸，错误；C项，硅酸不稳定，加热分解生成二氧化硅和水，正确；D项，根据强酸制弱酸，且HCl的酸性比H2SiO3强，正确。
3、D。解析：氧化物的状态不能决定氧化物水化物的酸性强弱，故A错误；反应原理是高沸点制低沸点气体，之所以能发生是因为生成了挥发性的气体二氧化碳，故B错误；氧化物的水溶性不能决定其水化物的酸性强弱，故C错误。
4、B。解析：A项，硅酸胶体为混合物，错误；B项，胶体粒子的直径在1～100 nm之间，正确；C项，胶体区别于其他分散系的本质特征为分散质粒子的直径大小，错误；D项，胶体粒子能够通过滤纸，但不能通过半透膜，错误。
【课后作业】
1、A。解析：晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。
2、B。解析：自然界硅的贮量丰富，大多数是以SiO2和硅酸盐的形式存在，无单质硅存在；硅单质是固体，化学性质不活泼，所以硅便于运输、贮存，其燃烧产物SiO2对环境污染程度低，容易有效控制，故A、C、D项正确，B项错。
3、B
4、D
5、D。解析：A项，自然界中没有单质硅，只有化合态的硅，错误；B项，电弧炉中的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，错误；C项，二氧化硅和硅都能与氢氟酸反应，错误；D项，SiHCl3(沸点33.0 ℃)和SiCl4(沸点67.6 ℃)的沸点有较大差距，所以可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3，正确。
6、C。解析：A项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；B项，硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料，正确；C项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与F2、HF等物质发生反应，错误；D项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。
7、B。解析：硅酸钠水溶液具有粘性，易将玻璃塞和试剂瓶粘结在一起；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液发生反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸易与玻璃中的二氧化硅发生反应，能腐蚀玻璃，应用塑料瓶存放；浓硝酸和二氧化硅不反应，可以用磨口玻璃塞玻璃瓶存放。
8、D。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BaCO3，化学方程式为BaCO3＋2HCl===BaCl2＋CO2↑＋H2O。
9、C。解析：SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3＞H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应等。
10、D。解析：二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的比例结合而形成的立体网状结构，不存在单个的分子，是一种非金属氧化物，其中硅元素与氧元素的质量比为28∶32，即7∶8。
11、B。解析：二氧化硅可与氢氧化钠直接反应生成硅酸钠；Na2SiO3溶液中通入CO2或加入盐酸都可以生成H2SiO3；硅酸可直接加热分解生成二氧化硅，故只有B符合题意。
12、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。
13、C
14、C
15、B。解析：Na在空气中与O2反应生成Na2O；Na2O2在空气中与CO2和H2O均能反应生成O2；Fe(OH)2在空气中与O2和水反应生成Fe(OH)3，以上过程均有元素化合价的变化，是氧化还原反应。
16、A。解析：由于H2CO3能与盐反应生成H2SiO3，则说明H2CO3酸性大于H2SiO3，A正确；在B项中，由于在高温条件下反应，CO2为气体溢出，不能说明酸性强弱；在C项中，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4，此反应为弱酸生成强酸；在D项中由HClO>HCO，产物应为NaHCO3。
17、C。解析：常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。加热或高温条件下能与C、Cl2、O2等发生反应，化学方程式分别为Si＋CSiC、Si＋2Cl2SiCl4、Si＋O2SiO2。
18、B。解析：二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。
19、A。解析：1个碳原子和2个氧原子构成1个二氧化碳分子，二氧化碳分子聚集组成二氧化碳气体；二氧化硅则是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，不存在单个的二氧化硅分子；通常状况下，二氧化硅是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，都能与碱性氧化物(如氧化钙)、碱(如氢氧化钠)溶液反应。
20、A。解析：二氧化碳和二氧化硅都能与碱(如氢氧化钠)溶液反应生成盐和水，它们都是酸性氧化物；二氧化硅不能与酸反应生成盐和水，二氧化硅不是两性氧化物；二氧化硅不溶于水，不能与水反应；二氧化碳是碳酸的酸酐，二氧化硅是硅酸的酸酐；二氧化碳气体由二氧化碳分子聚集而组成，二氧化硅则是硅原子和氧原子构成的立体网状结构的晶体，二氧化硅中不存在分子。
21、(1)SiO2　CaSiO3　Na2SiO3　Si　H2SiO3
(2)SiO2＋2CSi＋2CO↑　1∶2
(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑
(4)SiO＋Ca2＋===CaSiO3↓
(5)SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO(或SiO＋2CO2＋2H2O===2HCO＋H2SiO3↓)
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。
22、(1)SiO2　光导纤维
(2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑
(4)SiO＋2H＋===H2SiO3(胶体)
解析：C和过量的盐酸反应产生不溶于盐酸的白色胶状沉淀，可知E可能为是硅酸，A可能是硅，带入题目进行验证，a溶液是强碱溶液或氢氟酸溶液，而硅和二氧化硅与氢氧化钠溶液反应均生成硅酸钠溶液，硅酸钠溶液与过量的盐酸反应产生氯化钠和硅酸白色沉淀；硅酸加热分解为二氧化硅和水，与题意相符，硅、二氧化硅与氢氟酸反应均生成四氟化硅，四氟化硅与盐酸不反应，与题意矛盾；因此A是Si、B是SiO2、C是Na2SiO3或K2SiO3、D是H2O、E是H2SiO3、F是H2、a是NaOH或KOH。
23、(1)2C＋SiO2Si＋2CO↑
(2)SiO2＋4Mg2MgO＋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
解析：(1)碳可以在高温下还原SiO2制得Si。反应的化学方程式为2C＋SiO2Si＋2CO↑。
(2)(3)Mg与SiO2反应类似于Mg与CO2的反应，先生成MgO和Si，Si再和Mg反应生成Mg2Si，故可生成MgO和Mg2Si。
24、(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＋4C2CO2↑＋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、水蒸气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽。(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，所以装置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＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)取18 g SiO2物质的量为0.3 mol, 8.4 g焦炭物质的量为0.7 mol，充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，物质的量为0.6 mol，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，
SiO2＋　　2C　　　2CO↑＋　　Si，
0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol
Si＋　　C　　　SiC
0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol
得到Si和SiC的物质的量之比为0.2 mol∶0.1 mol＝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(胶体)，说明酸性H2CO3>H2SiO3。
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1硅酸盐材料
【学习目标】
1、了解硅酸盐的概念，会用氧化物表示硅酸盐的组成
2、掌握三大传统无机非金属材料，熟悉常见的新型无机非金属材料
【主干知识梳理】
一、硅酸盐材料
1、无机非金属材料
(1)元素组成：无机非金属材料一般含有硅、氧元素
(2)特点：具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能
(3)物质组成：传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如：制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥
2、硅酸盐
(1)概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分
(2)性质：硅酸盐性质稳定，熔点较高，多数难溶于水
(3)硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接。其结构示意图为
(4)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成
表示顺序是：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水，但化学式前面的系数不能为分数
例如：硅酸钠 Na2SiO3 表示：Na2O·SiO2 镁橄榄石 Mg2SiO4 表示：2MgO·SiO2
高岭石 Al2Si2O5(OH)4 表示：Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石 KAlSi3O8 表示：K2O·Al2O3·6SiO2
钾云母(KH2Al3Si3O12) 表示：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
3、最简单的硅酸盐——Na2SiO3
(1)俗名：泡花碱，水溶液俗称水玻璃
(2)物理性质：白色固体，可溶于水
(3)化学性质
①与酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)
②与CO2反应：Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3
(4)用途：①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂
4、传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料
硅酸盐产品 水泥 玻璃 陶瓷
主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 ——
主要原料 石灰石和粘土 纯碱、石灰石、石英(过量) 黏土
反应原理 复杂的物理化学变化 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 复杂的物理化学变化
主要成分 3CaO·SiO2、2CaO·SiO23CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2Na2O·CaO·6SiO2 ——
特性 水硬性(跟水掺和搅拌后容易凝固变硬) 非晶体，无固定熔点，在一定范围内软化可制成各种形状 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘
【对点训练1】
1、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[CaAl2Si3O10·3H2O]表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgO·SiO2
C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O
2、下列叙述正确的是(　　)
A．硅酸钠是硅酸盐，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
3、下列有关硅酸盐的说法中正确的是(　　)
A．硅酸盐中的阴离子都是SiO
B．硅酸盐都难溶于水
C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的
D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂
二、新型陶瓷
1、新型陶瓷的特点：新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
2、常见的新型陶瓷及特点
(1)碳化硅(SiC)：俗称金刚砂，碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还耐高温，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等
(2)高温结构陶瓷：高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
(3)压电陶瓷：压电陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化。可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
(4)透明陶瓷：透明陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好。可用于高压钠灯、激光器和高温探测器等
(5)超导陶瓷：超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域
三、碳纳米材料
1、碳纳米材料：碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景
2、常见的碳纳米材料
结构特点 应用
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物C60开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 用于生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等
【对点训练2】
1、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是(　　)
A．传统无机非金属材料是指：光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
2、《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，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱 D．x等于6
3、陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　)
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
【课后作业】
1、国际上已禁止民用产品使用石棉制品，避免吸入石棉纤维而诱发肺病。某石棉(硅酸盐)的化学式可表示为Ca2MgxSiyO22(OH)2，式中的x、y的值分别为(　　)
A．8,3 B．5,8 C．3,8 D．8,5
2、我国成功地发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是(　　)
A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐
B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2
C．铁橄榄石(Fe2SiO4)中铁为＋2价
D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱
3、下列有关普通玻璃的说法不正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
4、硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是(　　)
A．玛瑙　　　　　B．光导纤维 C．太阳能电池 D．水晶
5、宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．它耐高温、抗氧化 B．它比钢铁轻，但质地较脆
C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料
6、金华市博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)。下列说法不正确的是(　　)
A．古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品
B．普通玻璃的主要成分是SiO2
C．工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石
D．婺州窑胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式表示：Al2O3·2SiO2·2H2O
7、下列说法不正确的是(　　)
A．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐产品
B．大多数硅酸盐的性质稳定
C．透闪石的化学成分为Ca2Mg5Si8O22(OH)2，将其写成氧化物的形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
D．新型陶瓷材料包括高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等
8、绿柱石又称绿宝石，其主要成分为BenAl2[Si6O18]，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为(　　)
A．1 B．2 C．3 D．4
9、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　)
A．水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不受腐蚀 B．水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品
C．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 D．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
10、硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
11、青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　)
A．青石棉是一种硅酸盐材料 B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D．1mol青石棉能使1molHNO3被还原
12、在水玻璃中通入少量CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为(　　)
A．Na2SiO3 B．Na2SiO3与Na2CO3 C．SiO2与Na2CO3 D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3
13、现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是(　　)
A．纯水 B．盐酸 C．硝酸银溶液 D．碳酸钠溶液
14、下列有关硅及其化合物的说法中正确的是(　　)
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带有磨口玻璃塞的试剂瓶中
B．氢氟酸可用带橡胶塞的玻璃试剂瓶保存
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D．水玻璃在空气中变质生成H2SiO3沉淀
15、下列关于硅及其化合物的说法中，正确的是(　　)
A．硅可用于制造光导纤维
B．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
C．可用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)制取硅酸
D．SiO2既能与HF反应又能与强碱反应，所以SiO2是两性氧化物
16、下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是(　　)
A．高纯硅可用于制造半导体材料
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷
C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面
D．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆
17、硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________
A．陶瓷　　　B．玻璃 C．水泥　　　 D．生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2和CO2都属于酸性氧化物，性质相似，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_________________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃，其反应方程式为______________
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________
(4)工业上常利用反应2C＋SiO2Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________________(填化学式，下同)，氧化剂是________________________________________
18、氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多地被应用于热工的各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等
(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________
A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应 B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐
C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料 D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅
(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物
①该反应的化学方程式为____________________________________________________
②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________________________________________
19、白玉的化学式可用CaxMgySipO22(OH)2表示(也可用Ca、Mg、Si、H的氧化物的组合形式表示)。
(1)取8.10 g白玉粉末灼烧至恒重，固体质量减少了0.18 g，则白玉的摩尔质量为________。
(2)另取4.05 g白玉粉末加入100 mL 1 mol·L－1的盐酸中充分溶解，最终得到不溶氧化物2.40 g。过滤后，向滤液中加入足量的铁屑，得到标准状况下的气体336 mL。则：
①p＝________
②白玉的化学式为______________________________________(用氧化物的组合形式表示)
20、硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)SiO2是玻璃的成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为___________________________________，
工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃
(2)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途为可作________的原料
(3)工业上常用2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，该反应中有元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________
21、用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去)：
(1)装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________________
(2)反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_______________________________________________________，
装置D中发生反应的化学方程式为_________________________________________________________
(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_________________
(4)为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是_______
a．碘水　 b．氯水　 c．NaOH溶液　 d．KSCN溶液 e．Na2SO3溶液
22、A、B、C、D、E代表的物质为单质或化合物，它们之间的相互转化关系如图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请回答：
(1)单质A的化学式为________，它的最高化合价为________
(2)B的化学式为________，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_____________________________
(3)C的化学式为________，D的化学式为________
23、已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。
(1)写出B、C两物质的名称：B________________，C_____________________
(2)写出D→B的化学方程式：_________________________
(3)写出B→C的离子方程式：_________________________
24、将下列天然硅酸盐改写成氧化物的形式：
(1)石棉　CaMg3Si4O12______________________ (2)绿柱石　Be3Al2Si6O18__________________
(3)白云母　H4K2Al6Si6O24______________ (4)翡翠　NaAlSi2O6_______________________
25、有三种无色透明、不溶于水的坚硬固体，A固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体密度为氧气密度的1.375倍。B固体可溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量盐酸时，析出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱的酸；将B与石灰石、纯碱按一定比例混合加热得到C，C在高温时软化，无固定熔点。
(1)A为________
(2)B为________________，有关反应的化学方程式为______________________、________________________
(3)C为________，生成C的有关反应的化学方程式为_________________________________________
26、除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内物质为杂质)，请按下列提供的试剂和操作，将序号填在下表内。
试剂：A.盐酸；B.烧碱溶液；C.氧气；D.水；E.二氧化碳；F.不需要其他试剂
操作：①加热；②过滤；③蒸发；④蒸馏；⑤结晶；⑥萃取
混合物 试剂 操作
SiO2(CaCO3)
NaCl(SiO2)
SiO2(H2SiO3)
Fe2O3(SiO2)
27、为了证明一氧化碳具有还原性，有人设计了下列实验：
(1)装置B中最适宜的试剂是________
(2)装置D中发生反应的化学方程式是___________________________
(3)必须用装置C吸收除去气体中水蒸气的理由是_______________________________________________
(4)若根据F中石灰水变浑浊的现象确定CO具有还原性，应在上图中装置________与________之间连接下列装置中的________(填序号)
28、由铝硅两种物质组成的试样11 g，均匀地分成等质量的两份，一份与足量的盐酸接触可产生气体a L，一份与足量的NaOH溶液接触产生同样的气体b L，合并两次收集的气体共有11.2 L(标准状况)，试分析此试样的百分组成
【硅酸盐材料】答案
【对点训练1】
1、D解析：根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中Al2O3和CaO的排列顺序有误；B中化学计量数出现了分数；C中正确的写法应为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；D的写法符合要求。
2、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。
3、D。解析：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如Na2SiO3)，也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。
【对点训练2】
1、C
2、C。解析：“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2。
3、A。解析：氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，A错误；秦兵马俑是陶制品，陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的，B正确；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，C正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等特点，D正确。
【课后作业】
1、B。解析：根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得2×2＋2x＋4y－2×22－1×2＝0。则x＋2y＝21，只有B项符合。
2、D。解析：辉石、斜长石及橄榄石均由硅、氧和金属元素组成，属于硅酸盐；根据化合价不变、原子比例不变，可将扩大2倍后的KAlSi3O8改写为K2O·Al2O3·6SiO2；含变价元素的化合物，可根据化合价代数和为0来讨论，硅为＋4价，氧为－2价，铁化合价必为＋2价，含亚铁离子；无论是地球还是月球上，铁原子核及核外电子均相同，化学性质相同，只是因月球大气层无氧气，因此月球上有游离态铁存在。
3、B。解析：工业上生产玻璃的原料有纯碱、石灰石和石英；玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，属于混合物，在加热熔化时没有固定的熔点；普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅；盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起。
4、C。解析：玛瑙、光导纤维和水晶的主要成分是SiO2，硅单质可用来制造太阳能电池板。]
5、B。解析：由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。
6、B。解析：普通玻璃是由碳酸钙、碳酸钠和二氧化硅在高温下反应得到的产物，主要成份为硅酸钙、硅酸钠和二氧化硅的混合物，B错误；工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石，在高温下反应得到复杂的产物，C正确；Al2Si2O5(OH)4用氧化物形式表示：Al2O3·2SiO2·2H2O，D正确。
7、A。解析：水晶饰物的主要成分为SiO2，不是硅酸盐产品，A项错误。
8、C。解析：BenAl2[Si6O18]写成氧化物形式为nBeO·Al2O3·6SiO2，则由氧原子个数知：n＋3＋6×2＝18，n＝3。
9、AD。解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，A正确；光导纤维的主要成分是SiO2，C不正确。
10、D。解析：A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
11、B。解析：硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时，失去3mol电子，故能使1molHNO3被还原。
12、A。解析：通入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。
13、B。解析：硅酸钠、石灰石、二氧化硅中后两种难溶于水；硅酸钠溶液与盐酸反应会出现白色胶状沉淀，后两种与盐酸反应分别出现气体和无明显现象；硅酸钠溶液可与硝酸银溶液反应生成白色沉淀，其余无明显现象；加入碳酸钠溶液后均无明显现象。
14、D。解析：A项，Na2SiO3溶液具有黏合性，错误；B项，氢氟酸与玻璃中的SiO2反应，不能用玻璃瓶保存氢氟酸，错误；C项，石英玻璃不属硅酸盐材料，错误。
15、C。解析：SiO2可用于制光导纤维，而硅用于半导体材料，故A错误；水晶主要成分为SiO2，不属于硅酸盐，故B错误；SiO2能与HF反应生成四氟化硅和水，不是盐和水，且二氧化硅只能与一种酸反应，不是两性氧化物，属于酸性氧化物，故D错误。
16、D。解析：光导纤维不具有导电性，D不正确。
17、(1)D　
(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　
(3)防火剂　
(4)C　SiO2
解析：(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。(4)题给反应中C(碳)被氧化；SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
18、(1)AC　
(2)①3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO ②7∶9
解析：(1)Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。
(2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，氮元素价态降低，N2为氧化剂，碳元素价态升高，C单质为还原剂，其质量比为(2 mol×28 g·mol－1)∶(6 mol×12 g·mol－1)＝7∶9。
19、(1)810 g·mol－1
(2)8　2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
解析：(1)由白玉的化学式CaxMgySipO22(OH)2可知，1 mol该物质在灼烧时发生反应生成1 mol水。n(H2O)＝m/M＝0.18 g÷18 g·mol－1＝0.01 mol，所以白玉的物质的量也是0.01 mol。故白玉的摩尔质量为8.10 g÷0.01 mol＝810 g·mol－1。(2)n(白玉)＝4.05 g÷810 g·mol－1＝0.005 mol，其中SiO2的物质的量为2.40 g÷60 g·mol－1＝0.04 mol。因此1 mol白玉中含有Si的物质的量为0.04 mol÷0.005 mol×1 mol＝8 mol，即p＝8。由方程式Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑可知，n(H2)＝0.336 L÷22.4 L·mol－1＝0.015 mol，因此与白玉反应后过量的HCl的物质的量为0.03 mol，则白玉消耗的HCl的物质的量为1 mol·L－1×0.1 L－0.03 mol＝0.07 mol，故1 mol白玉参加反应需要消耗的HCl的物质的量为0.07 mol÷0.005 mol×1 mol＝14 mol。由于该化合物中Ca、Mg元素的化合价都是＋2，所以与盐酸反应时每个金属阳离子都要结合2个Cl－，故n(Ca2＋)＋n(Mg2＋)＝14 mol÷2＝7 mol，即x＋y＝7，再结合相对分子质量40x＋24y＋28×8＋16×22＋17×2＝810，两式联立求解，可得x＝2，y＝5。所以白玉的化学式为Ca2Mg5Si8O22(OH)2，用氧化物的组合形式表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。
20、(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸
(2)防火剂　(3)C　SiO2
解析：(1)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
(2)Na2SiO3的水溶液又称“水玻璃”，它具有阻燃的功能，因此可作防火剂。
(3)反应中C被氧化，SiO2被还原，因此SiO2作氧化剂。
21、(1)浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化
(2)有固体物质生成　SiHCl3＋H2Si＋3HCl
(3)排尽装置中的空气　
(4)bd
解析：(1)为防止SiHCl3与H2O强烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以可以作干燥剂；升高温度能使SiHCl3气化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应。(2)D中发生反应SiHCl3＋H2Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成。(3)Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气。(4)向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性，故选bd。
22、(1)Si　＋4
(2)SiO2　SiO2＋2CSi＋2CO↑
(3)CaSiO3　Na2SiO3
解析：这是一道关于元素及其化合物的推断题，其中“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”是该题的“题眼”。由该“题眼”可知A是Si。分析题图，结合B能生成C、D、E，可以推出B是SiO2，E是CO，C是CaSiO3，D是Na2SiO3。
23、(1)硅酸钠　硅酸
(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(3)SiO＋H2O＋CO2===CO＋H2SiO3↓
解析：据A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质，知A是硅，则B是硅酸钠，C是硅酸，D是二氧化硅。
24、(1)CaO·3MgO·4SiO2 (2)3BeO·Al2O3·6SiO2 (3)K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O (4)Na2O·Al2O3·4SiO2
25、(1)金刚石
(2)水晶 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
(3)玻璃 SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑、SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
解析：(1)A的燃烧产物的相对分子质量为1.375×32＝44，由题意知，A为金刚石。
(2)B能与碱反应，且产物中加过量盐酸得胶状沉淀，由此可确定B为水晶。
(3)SiO2、CaCO3、Na2CO3可在高温下反应，制得的C是玻璃。
26、　
混合物 试剂 操作
SiO2(CaCO3) A ②
NaCl(SiO2) D ②③
SiO2(H2SiO3) F ①
Fe2O3(SiO2) B ②
27、(1)饱和NaHCO3溶液　
(2)CO2＋C2CO
(3)水蒸气进入D中在高温下能跟碳反应产生H2，H2也能使CuO还原，不能证明CO具有还原性
(4)D　E　④
解析：该实验的原理为：先制取纯净、干燥的CO2，再用C将CO2还原为CO，利用CuO被还原且澄清石灰水变浑浊来检验CO的还原性。
(1)装置B用来除去HCl，最适宜的试剂是饱和NaHCO3溶液。(2)装置D中发生反应的化学方程式是CO2＋C2CO。(3)水蒸气进入D中在高温下能跟碳反应产生H2，H2也能使CuO还原，故不能证明CO具有还原性，所以必须用装置C除去气体中的水蒸气。(4)若根据F中石灰水变浑浊的现象确定CO具有还原性，应在上图中装置D与E之间连接装置④，以除去其中的CO2。
28、含铝49.1%，硅50.9%
解析：Al有两性，且与强酸、强碱反应生成H2一样多；Si与强碱反应，与强酸不反应。
设11 g试样中含Al的物质的量为x，Si的物质的量为y。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
x mol
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
　　　　　　　　　x
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
　　　　　　　　　　　　 　y
据题意有
解得
Al%＝×100%＝49.1%
Si%＝1－49.1%＝50.9%。
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