硅及重要化合物
第15讲无机非金属材料的主角——硅
最新考纲
1. 了解C 、Si 元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。 2. 了解C 、Si 元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
自主复习
问题1、硅元素是无机非金属材料的主角,硅元素在自然界的含量仅次于氧,位居第二位,请思考以下问题:
(1)画出硅原子结构示意图,指出硅元素在周期表中的位置。
(2)请列举出含硅元素的物质都有哪些?你能建立这些物质之间的转化关系知识网络图吗?写出对应的化学方程式。
(3)请描述硅单质的主要物理性质和用途,用方程式表示制取高纯硅的过程。 物理性质:
用途:
制取:
【例1】 下列关于硅的说法中,不正确的是( )
A .硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B .硅的导电性能介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体 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
(4)SiO 2是一种酸性氧化物,但不溶于水,是硅酸的酸酐。SiO 2广泛存在于自然界,如沙子、 、 、 等主要成分都是SiO 2。SiO 2可以与烧碱、氢氟酸、焦炭、纯碱、石灰石等反应,请用方程式表示这些反应。
【例2】 关于二氧化硅,下列叙述不正确的是( )
A .水晶的成分是二氧化硅
B .二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 C .二氧化硅不溶于水,也不能跟水反应生成酸
D .二氧化硅是一种酸性氧化物,它不跟任何酸起反应
思考:实验室盛装氢氧化钠的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞,还有哪些试剂在存放时不能使用玻璃塞?
(5)硅酸盐性质稳定,是良好的耐高温材料和防火材料。硅酸钠水溶液俗称 ,溶液呈碱性,用离子方程式表示呈碱性的原因: ,
用滴管向其中滴加盐酸会用白色沉淀产生,请写出该步反应的离子方程式 若向硅酸钠溶液中通入CO 2,也会有白色沉淀产生,反应的离子方程式为: 。
【例3】 下列表述正确的是( )
①人造刚玉的熔点很高,可用作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅;②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐;③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料;④夏天到了,游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛;⑤太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于环保、节能。
A .①②③ B.②④ C.③④⑤ D.③⑤
【例4】:常温下二氧化硅是很坚硬的固体而二氧化碳是气体的原因是( )
A .硅的非金属性比碳弱
B .硅具有一定的非金属性而碳是典型的非金属
C .二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧结合的化学键的种类不同 D .二氧化硅是原子晶体,二氧化碳是分子晶体
问题2、说起碳,我们很容易和煤联系在一起,但煤、炭、碳都不是一个概念。煤高温干馏得炭,仍是一种混合物,而碳单质是指金刚石、石墨及C 60等纯净物。请思考下列问题: (1)画出碳原子结构示意图,指出碳性质稳定的原因是什么?为什么碳元素易形成供价化合物?
(2)请列举例证,碳元素的非金属性比硅元素的强。
【例5】:下列事实能证明碳的非金属性比硅强的是( )
高温
①Na2SiO 3+CO 2+2H 2O===H4SiO 4↓+Na 2CO 3 ②SiO2+2C=====Si +2CO↑
高温
③Na2CO 3+SiO 2=====Na 2SiO 3+CO 2↑ ④CH4比SiH 4稳定 A .①④ B .②③ C.③④ D.①②④ (3)碳是一种常用的还原剂,请写出以下化学方程式:
①制取水煤气的化学方程式。
②碳与浓硫酸的反应。
③碳与浓硝酸的反应。
(4)碳形成的化合物种类最多,请列举一些你所熟悉的含碳无机物。
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碳、硅及其化合物间的转化关系
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课后练习(单选)
1. 对于ⅣA族元素,下列叙述中不正确的是( ) .
A .SiO 2和CO 2中,Si 和O 、C 和O 之间都是共价键
B .C 、Si 和Ge 的最外层电子数都是4,次外层电子数都是8 C .CO 2和SiO 2都是酸性氧化物,在一定条件下都能和氧化钙反应
D .该族元素的主要化合价是+4和+2 2.在室温下,下列物质不与晶体硅反应的是( )
A .F 2 B.HF C.KOH 溶液 D.Cl 2 3.下列溶液中不能放在带玻璃塞的试剂瓶中的是( )
①氢氟酸 ②NaCl ③KNO3 ④石灰水 ⑤CuSO4 ⑥NaOH ⑦Na2CO 3 ⑧NaHSO4 A .①④⑥⑦ B.①③⑤⑧ C.②③④⑦ D.①④⑥⑧ 4.下列关于硅酸盐的叙述中,正确的是( )
①硅酸盐很多都难溶于水;
②硅酸盐是构成地壳岩石的最主要成分;
③硅酸盐中最常见的是Na 2SiO 3,它的水溶液俗称水玻璃。 A .只有①② B.只有②③ C.只有③ D.有①②③ 5.下列说法正确的是( )
①二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟碱反应,但不能与任何酸反应; 高温
②根据反应SiO 2+CaCO 3=====CaSiO 3+CO 2↑可推知硅酸酸性比碳酸强; ③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸; ④二氧化硅常被用来制造光导纤维。 A .①② B.②③ C.③④ D.①④
6.下列离子方程式的书写正确的是( )
A .水玻璃中通入过量的二氧化碳:
Na 2SiO 3+CO 2+H 2O===2Na+CO 23+H 2SiO 3↓
+
-
B .澄清石灰水中通入过量二氧化碳: Ca(OH)2+2CO 2===Ca2+2HCO 3
+
-
C .二氧化硅溶于氢氟酸溶液中 SiO 2+4H +4F ===SiF4↑+2H 2O D .二氧化硅溶于烧碱溶液中: SiO 2+2OH ===SiO23+H 2O
-
-
+-
7.在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅反应的是( )
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤硝酸 ⑥氢氧化钠 ⑦硝酸钙 A .③⑤⑦ B .⑤⑦ C .③⑤ D .⑤
8.(2010·南京模拟) 下列有关Na 2CO 3溶液、Na 2SiO 3溶液的共同点的描述中不正确的是 .
A .水溶液均显碱性 B .滴入盐酸均有气泡产生
C .均能与CO 2反应 D .均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存
9.《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(BaCuSi2O x ,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·2SiO 2 B .性质稳定,不易脱色 C .易溶解于强酸和强碱 D .x 等于6
10.由短周期元素组成的中学常见无机物A 、B 、C 、D 、E 、X 存在如图转化关系(部分生成物和反应条件略去) 。下列推断不正确的是( ) ...
A .若X 是Na 2CO 3,C 为含极性键的非极性分子,则A 一定是氯气,且D 和E 不反应 B .若A 是单质,B 和D 的反应是OH +HCO 3===H2O +CO 2则E 一定能还原Fe 2O 3 3,
-
-
-
+
C .若D 为CO ,C 能和E 反应,则A 一定为Na 2O 2,其电子式是Na D .若D 为白色沉淀,与A 摩尔质量相等,则X 一定是铝盐
····
+···2-
[·O ·O ·]Na ····
11.某科研小组用高岭土(主要成分是Al 2O 3·2SiO2·2H2O 并含少量CaO 、Fe 2O 3) 研制新型净水剂(铝的化合物) ,其实验步骤如下:
将土样和纯碱混匀,加热熔融,冷却后用水浸取熔块,过滤,弃去残渣,滤液用盐酸酸化,经过滤分别得到沉淀和溶液,溶液即为净水剂。
(1)写出熔融时高岭土的主要成分与纯碱反应的化学方程式是(Al2O 3与纯碱的反应和SiO 2与纯碱的反应相似)______________________________。
(2)最后的沉淀物是________,生成该沉淀的离子方程式是______________________。 (3)实验室中常用瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚,本实验在熔融高岭土时应选用的坩埚是________。
12.已知A ~I 有如图所示转换关系:
已知:①单质E 可作为半导体材料;②化合物F 是不能生成盐的氧化物;③化合物I 能溶于水呈酸性,它能够跟氧化物A 起反应。
据此,请填空:
(1)化合物F 是__________;(2)化合物I 是__________; (3)反应①的化学方程式是; (4)反应④的化学方程式是________;
(5)写出I 的水溶液与A 反应的方程式:_______________________________。
△
13.(2010·福州模拟) 在工业中利用镁制取硅2Mg +SiO 2=====2MgO +Si ,同时有副反应发生:△
2Mg +Si=====Mg 2Si ,Mg 2Si 遇盐酸迅速反应生成SiH 4(硅烷) ,SiH 4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg 与SiO 2反应的实验装置:
(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响,实验中应通入气体X 作为保护气,试管中的固体药品可选用________(填序号) 。
a .石灰石 b .锌粒 c .纯碱
(2)实验开始时,必须先通入X 气体,再加热反应物,其理由是
________________________________________________________________________, 当反应开始后,移走酒精灯反应能继续进行,其原因是
________________________________________________________________________。 (3)反应结束后,待冷却至常温时,往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星,产生此现象的原因用化学方程式表示为
①________________________________________________________________________, ②________________________________________________________________________。
14.(2009·浙江理综,28) 单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质) ,粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃) ,四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下:
a .四氯化硅遇水极易水解;
b .硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物; c .有关物质的物理常数见下表:
(1)写出装置A 中发生反应的离子方程式:___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)装置A 中g 管的作用是____________;装置C 中的试剂是__________;装置E 中的h 瓶需要冷却的理由是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)装置E 中h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号) 。
(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素还原成Fe 2 ,再用
+
KMnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式为5Fe 2+MnO 4+8H
+
-
+
===5Fe3+Mn 2+4H 2O 。
+
+
①滴定前是否要滴加指示剂?________(填“是”或“否”) ,请说明理由:
________________________________________________________________________。 ②某同学称取5.000 g残留物,经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液,移取25.00 mL 试样溶液,用1.000×102 mol· L1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时,消耗标准
-
-
溶液20.00 mL,则残留物中铁元素的质量分数是________。
15.(2010·全国理综Ⅱ,29) 请设计CO 2在高温下与木炭反应生成CO 的实验。
(1)在下面方框中,A 表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器,请在A 后完成该反应的实验装置示意图(夹持装置,连接胶管及尾气处理部分不必画出,需要加热的仪器下方用△标出) ,按气流方向在每件仪器下方标出字母B 、C „„;其他可选用的仪器(数量不限) 简易表示如下:
导管:
试管:反应管:
胶塞:(插入导管表示已开孔
)
(2)根据方框中的装置图,填写下表
试管中。改进后的优点是________________________________________________________
________________________________________________________________________; (4)验证CO 的方法是_____________________________________________________。