1、第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角硅第1课时二氧化硅和硅酸1硅的原子结构与硅元素在自然界中的存在(1)原子结构硅的原子结构示意图为，最外层有4个电子，反应中既不易失去电子也不易得到电子，主要形成4价的化合物。(2)存在硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧；硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，存在形态全部是化合态。2二氧化硅(1)存在地球上二氧化硅的存在形态有结晶形和无定形两大类，统称为硅石。石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分是SiO2。(2)结构：SiO2晶体是由Si和O按12的比例组成的立体网状结构的晶体，每个Si与4个O结合，每个O
2、与2个Si结合。(3)物理性质：SiO2硬度大，熔点高，不溶于水。(4)化学性质： (5)用途沙子是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。石英和玛瑙制作饰物和工艺品。实验室中使用石英坩埚。3硅酸(1)硅酸的制备实验操作实验现象滴加酚酞后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有白色胶状沉淀生成结论Na2SiO3溶液呈碱性，滴加稀盐酸后发生反应的化学方程式为Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(2)物理性质H2SiO3是一种难溶于水的白色胶状物质。(3)化学性质弱酸性a硅酸酸性比碳酸弱，向Na2SiO3溶液中通入少量CO2气体，反应的化学方程式为
3、Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3(胶体)。b硅酸只与强碱反应，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。不稳定性硅酸受热易分解，化学方程式为H2SiO3SiO2H2O。(4)硅胶硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。硅酸具有强吸附性，常用作干燥剂或催化剂的载体。(时间20分钟，满分30分)知识点一SiO2的结构与性质 1下列关于CO2和SiO2的说法正确的是()A常温下CO2 、SiO2都是气体BCO2、SiO2都不溶于水CCO2、SiO2在一定条件下都可以是固体DCO2和SiO2的硬度小，熔点低答案：C解析：A项，SiO
4、2在常温下是固体，A项错误。B项，SiO2不溶于水，CO2能溶于水，B项错误。D项，SiO2的硬度大，熔点高，D项错误。2在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。下列物质中主要成分是Si的是()A水晶 B玛瑙C石英 D计算机芯片答案：D解析：水晶、玛瑙、石英的主要成分都是SiO2，计算机芯片的主要成分是Si。3下列物质能够与NaOH溶液反应的是()A碳酸钠 B硫酸钠C二氧化硅 D氢氧化镁答案：C解析：四种物质中只有二氧化硅能与NaOH溶液反应。4下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物B二氧化硅能溶于氢氟酸，故二氧化硅是碱性氧化物C二氧化硅在高温
5、下能与碳反应，说明二氧化硅具有还原性D二氧化硅是酸性氧化物，可溶于氢氧化钠溶液答案：D解析：A项，二氧化硅是酸性氧化物，但二氧化硅不溶于水，A项错误；B项，二氧化硅虽然能溶于氢氟酸，但SiO2与HF反应生成的SiF4不是盐，故二氧化硅不是碱性氧化物，B项错误；C项，二氧化硅在高温下能与碳反应，二氧化硅表现的是氧化性，C项错误；D项，二氧化硅可与氢氧化钠发生反应，生成盐和水，D项正确。5二氧化硅属于酸性氧化物的主要原因是()ASi是非金属元素BSiO2对应的水化物是可溶性弱酸CSiO2能与强碱反应生成盐和水DSiO2不能与酸反应答案：C解析：SiO2属于酸性氧化物主要是因为其能和强碱反应生成盐和
6、水，C项正确。6下列实验室保存试剂的方法正确的是()A氢氟酸存放在带有橡胶塞的棕色玻璃瓶中B碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液存放在配有磨口玻璃塞的棕色玻璃瓶中C氯化铁溶液存放在铜制容器中D氢氧化钠溶液盛放在带有橡胶塞的玻璃瓶中答案：D解析：A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，A项错误；B项，碳酸钠溶液和氢氧化钙溶液呈碱性，B项错误；C项，氯化铁溶液会溶解铜，C项错误；D项，氢氧化钠溶液盛放在带有橡胶塞的玻璃瓶中，D项正确。7某兴趣小组的成员捡到一块矿石，观察外观该矿石坚硬且呈红褐色，投入水中没有任何变化，再向水中加浓盐酸至过量，矿石部分溶解，并有大量无色气体产生。该兴趣小组的同学们猜测该矿石可能由CaCO3、Si
7、O2、Fe2O3三种成分组成，试设计实验证明CaCO3以外的两种成分。仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、滴管、药匙、漏斗；2 molL1盐酸、2 molL1 NaOH溶液、2% KSCN溶液。(1)将实验方案用下图所示的流程图表示，试写出每步所用试剂的名称或化学式。试剂_；试剂_；试剂_。(2)如果猜测是成立的，试根据上述实验方案，完成实验操作、预期现象与结论。编号实验操作预期现象与结论取适量矿石研细，加足量2 molL1盐酸有大量无色气体产生，得棕黄色溶液，且仍有少量固体残留答案：(1)2%KSCN溶液2 molL1 NaOH溶液2 molL1盐酸(2)取操作所得溶液少许于试管中，并
8、滴入几滴2% KSCN溶液溶液变为红色，说明矿石中含有Fe2O3取操作所得残余固体适量于烧杯中，加入足量2 molL1 NaOH溶液，充分搅拌残余固体溶解完全，并得无色溶液取操作所得无色溶液少许于试管中，用胶头滴管滴入2 molL1盐酸至过量有白色胶状沉淀生成，且不溶于过量盐酸，说明矿石中含有SiO2解析：Fe2O3可与盐酸反应转化为Fe3，可用SCN检验Fe3的存在，从而说明矿石中含有Fe2O3。SiO2不溶于盐酸，作为残渣被滤出；取适量残渣于烧杯中，并加入NaOH溶液，充分反应后再加入盐酸，如果有白色胶状沉淀生成，则说明矿石中含有SiO2。知识点二硅酸的性质和制备8下列说法正确的是()A硅
9、酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应B根据SiO2CaCO3CaSiO3CO2的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强CCO2气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸DSiO2溶于水显酸性答案：C解析：硅酸不溶于水，但与NaOH溶液反应：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，A项错误。B项中该反应之所以能发生是在高温条件下，CO2以气体形式逸出，使反应进行得比较彻底，是利用SiO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱。C项符合“强酸制弱酸”的一般规律。SiO2不溶于水，也不能与水反应，D项错误。9能证明碳酸比硅酸酸性强的实验是()ACO2溶于水生成碳酸，而SiO2不溶于水B高温时发生
10、反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2C碳酸受热比硅酸易分解D将CO2通入Na2SiO3的水溶液中有白色胶体沉淀生成答案：D解析：通过在水溶液中发生的复分解反应可以由较强酸制得较弱酸，即“强酸制弱酸规律”，因此Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3，可证明碳酸的酸性比硅酸强。酸酐是否与水反应以及酸的热稳定性不能作为判断酸性强弱的依据。高温下，SiO2能与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2，不表明H2SiO3的酸性比碳酸强，反应之所以能发生是因为生成的CO2气体脱离反应体系促使反应向右进行。10硅胶和石英的主要成分都是SiO2，前者是结构疏松的SiO2，后者是结构致
11、密的SiO2。二者成分相同，结构不同，化学性质相同，物理性质上表现出差别，具有不同的用途。由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式(是离子反应的写出离子方程式)。(1)用NaOH溶液溶解石英：_。(2)_，加入盐酸，至沉淀不再产生：_。(3)微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：_。写出硅胶的一种用途：_。答案：(1)2OHSiO2=SiOH2O(2)过滤SiO2H=H2SiO3(3)H2SiO3H2OSiO2干燥剂(或“催化剂载体”)11为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据
12、此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗中所盛试剂应为_。(2)装置B所盛的试剂是_，其作用是_。(3)装置C所盛试剂是_，C中反应的离子方程式是_。(4)由此得到结论：酸性：_。答案：(1)盐酸(2)饱和NaHCO3溶液吸收HCl气体(3)Na2SiO3溶液SiOCO2H2O=H2SiO3CO(4)HClH2CO3H2SiO3解析：根据强酸弱酸盐弱酸强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛放Na2CO3，根据Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可以知道酸性HCl强于H2CO3；然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2
13、CO3，由此判断酸性H2CO3H2SiO3。但需注意的是A中反应会有HCl气体逸出，通入Na2SiO3溶液前需将HCl吸收，但不能吸收CO2，故可选用饱和NaHCO3溶液。12已知A是一种装饰品的主要成分，根据下图转化关系，回答下列问题。(1)A用途_(任写一种)，B是_，D是_。(2)写出化学方程式：_。_。(3)写出离子方程式：_。_。_。答案：(1)制光导纤维Na2SiO3H2SiO3(2)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2H2SiO3H2OSiO2(3)CO2H2OSiO=COH2SiO3SiO22OH=SiOH2OSiO2H=H2SiO3课后作业速达标时间：30分钟满分100分
14、 一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1石英的主要化学成分是()ANa2SiO3 BAl2O3CSiO2 DSi答案：C解析：石英的主要化学成分是SiO2，C项正确。2光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是()ACaCO3 BSiCSiO2 DSiC答案：C解析：CaCO3是石灰石的主要成分，工业上常用来制水泥、玻璃等，A项错误。硅常用作半导体材料，B项错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，C项正确。3制备熔融烧碱时应选用的器皿是()A石英坩埚 B普通玻璃坩埚C生铁坩埚 D瓷坩埚答案：C解析：NaOH在高温条件下与SiO2发
15、生反应，所以若器皿的成分中含有SiO2，则不能用于制备熔融烧碱，石英坩埚、普通玻璃坩埚以及瓷坩埚的成分中都含有SiO2。生铁坩埚不能与NaOH发生反应，所以制备熔融烧碱应选用的器皿是生铁坩埚，C项正确。4将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，然后加热蒸干所得溶液，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()ANa2SiO3 BNa2CO3、Na2SiO3CNa2CO3、SiO2 DSiO2答案：A解析：将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，发生反应：2CO2Na2SiO32H2O=H2SiO32NaHCO3。加热蒸干、高温灼烧时发生反应H2SiO3H2OSiO2,2NaHCO3Na2C
16、O3CO2H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2。各物质间存在如下关系：H2SiO32NaHCO3，H2SiO3SiO2,2NaHCO3Na2CO3SiO2。由上述关系可知，最后所得的固体物质是Na2SiO3。5下列试剂可用带玻璃塞的试剂瓶存放的是()A盐酸 B氢氟酸CNaOH溶液 DNa2SiO3溶液答案：A解析：玻璃塞中含有二氧化硅，盐酸与二氧化硅不发生反应，因此可用带玻璃塞的试剂瓶存放盐酸，A项正确；氢氟酸能和玻璃中的二氧化硅发生反应，所以氢氟酸需要存放在塑料容器中，B项不正确；氢氧化钠溶液能和二氧化硅反应生成黏性很强的硅酸钠溶液，从而使玻璃塞与瓶口黏合在一起而不易打开，故应该
17、使用橡胶塞，C项不正确；硅酸钠溶液的黏性很强，不能用玻璃塞，应该用橡胶塞，D项不正确。6下列说法不正确的是()A光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的B二氧化硅溶于水生成硅酸C石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅D二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化物答案：B解析：制造光导纤维的主要原料是二氧化硅，A项正确。二氧化硅不溶于水，所以通常用硅酸钠溶液和盐酸反应制硅酸，B项错误。石英、水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅，C项正确。二氧化硅的熔沸点高、硬度大，D项正确。7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，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近
18、年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜的化合价为2)，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BaOCuO2SiO2B性质稳定，不易脱色C易溶于强酸和强碱Dx等于6答案：C解析：A.硅酸盐用氧化物形式表示时，书写顺序为：活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示：BaOCuO2SiO2，故A正确； BBaCuSi2O6中铜显2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，故B正确；C.BaCuSi2O6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，故C错误；D.在硅酸铜钡中的铜元素化合价为2，硅元素化合
19、价为4，氧元素的化合价为2价，钡元素的化合价为2价，则由化学式为BaCuSi2OX，根据化合物中正负化合价的代数和为0可得：(2)(2)(4)2(2)x0，解得x6，故D正确，故选C。8下列有关二氧化硅的叙述不正确的是()A沙子、石英、水晶的主要成分都是SiO2BSiO2是制作光导纤维的主要原料CH2SiO3可由SiO2直接制得DSiO2是酸性氧化物，一定条件下可与碱性氧化物或碱反应答案：C解析：沙子、石英、水晶的主要成分都是SiO2，A项正确；二氧化硅可用来制造光导纤维，B项正确；二氧化硅不能与水反应直接生成硅酸，C项不正确；SiO2是酸性氧化物，一定条件下可与碱性氧化物或碱反应，例如二氧化
20、硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，在高温条件下二氧化硅与生石灰反应生成硅酸钙，D项正确。9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Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3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答案：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。10下表中酸可由指定的氧化物与水直接反应生成的是()酸氧化物AH2SO4SO2BH2SiO3SiO2CH2CO3CO2DH
21、ClCl2O7答案：C二、非选择题(本题包括6小题，共50分)11(8分)化学与人类社会可持续发展密切相关，能源、环境、材料以及日常生活等都离不开化学。(1)硅是无机非金属材料的主角。请你举出两种含硅的材料名称_、_。(2)硅最重要的氧化物是二氧化硅，是玻璃的主要成分，那么存放氢氧化钠溶液的试剂瓶不用玻璃塞的原因是_。有关反应的方程式为_。(3)氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，氟化氢也不能用玻璃仪器制备，其主要原因是_。有关反应方程式为_。答案：(1)玻璃水泥陶瓷光导纤维等(任意两种，合理即可)(2)玻璃的主要成分为SiO2，与NaOH溶液反应生成了黏性的Na2SiO3，将瓶口瓶塞黏在一起SiO
22、22NaOH=Na2SiO3H2O(3)HF能腐蚀玻璃SiO24HF=SiF42H2O12(8分)A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。请填空：(1)形成单质A的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B的化学式(分子式)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_。答案：(1)4(2)SiO2SiO22CSi2CO(3)CaSiO3Na2SiO313(8分)如何用所提供的试剂和方法除去各混合物粉末中的杂质(括号内为杂质)？将所选答案的编号填入表中相应的空格内(如果不需补加试剂，
23、则对应答案栏可空着)。可供选择的试剂：A盐酸BNaOH溶液CO2DH2O ECO2可供选择的操作：分液加热过滤结晶序号粉末状混合物所加试剂主要操作(1)SiO2(CaCO3)(2)CaCO3(SiO2)(3)NaCl(SiO2)(4)SiO2(Fe2O3)(5)SiO2(H2SiO3)(6)SiO2(Na2 SO4)答案：(1)A(2)B(3)D(4)A(5)不加试剂(6)D解析：(1)根据SiO2除了溶于氢氟酸外不溶于其他酸，而CaCO3溶于盐酸，反应的化学方程式为CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2。(2)根据SiO2能溶于NaOH溶液，即SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，而
24、CaCO3不能。(3)根据NaCl溶于水，而SiO2不溶于水。(4)根据SiO2不溶于盐酸，而Fe2O3溶于盐酸，即Fe2O36HCl=2FeCl33H2O。(5)根据H2SiO3受热分解生成SiO2，即H2SiO3SiO2H2O。(6)根据SiO2不溶于水，而Na2SO4溶于水。14(8分)某科研小组用高岭土(主要成分是Al2O32SiO22H2O，并含少量CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)。试验流程如下：请回答下列问题：(1)已知Al2O3、SiO2与纯碱的反应相似。用化学方程式表示熔融时高岭土主要成分与纯碱发生反应的化学方程式_、_。(2)在熔融高岭土与纯碱试样时，最好选用
25、下列哪种仪器_。A铁坩埚 B瓷坩埚C氧化铝坩埚 D玻璃坩埚(3)写出上述过程中，最后得到的沉淀M的化学式_。答案：(1)Na2CO3Al2O32NaAlO2CO2、Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2(2)A(3)H4SiO4(或H2SiO3)解析：瓷坩埚的主要成分是氧化铝、二氧化硅，氧化铝坩埚的主要成分是Al2O3，玻璃坩埚的主要成分是SiO2。氧化铝和二氧化硅均与纯碱反应，所以应该用铁坩埚；氧化铝和二氧化硅与纯碱反应后的产物为NaAlO2和Na2SiO3，再加盐酸酸化AlO4H=Al32H2O,2HH2OSiO=H4SiO4，H4SiO4=H2SiO3H2O，所以沉淀M的化学式为H4S
26、iO4或H2SiO3。15(8分)在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质，a溶液焰色为黄色。据此填空：据此填写：(1)B的化学式是_，目前在现代通讯方面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和过量盐酸反应的离子方程式是_。答案：(1)SiO2光导纤维(或光纤)(2)SiO22OH=SiOH2O(3)Si2OHH2O=SiO2H2(4)SiO2H=H2SiO3解析：由CE(白色)DB及问题(1)可推知C应为Na2SiO3，E为H2SiO3，D为H2O，B为SiO2。进一步可推知A为Si，a
27、溶液为NaOH溶液，F为H2。16(10分)A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成，且四种化合物中阴、阳离子各不相同。阴离子Cl、SiO、OH、NO阳离子H、Ag、Na、K已知：A溶液呈强酸性，且A溶液与B、C溶液混合均产生白色沉淀，B的焰色反应呈黄色。回答下列问题：(1)写出A、B、C、D的化学式：A_，B_，C_，D_。(2)写出A溶液与B溶液反应的离子方程式：_。(3)请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号：溶液ACD试剂瓶序号答案：(1)HClNa2SiO3AgNO3KOH(2)SiO2H=H2SiO3(3)解析：因都为易溶于水的化合物，故Ag一定与NO组成AgNO3，H不会与OH或SiO组合，故应与Cl组成盐酸，则A为盐酸，因A与B、C混合均产生白色沉淀且B的焰色反应为黄色，则B为Na2SiO3，C为AgNO3，剩余的一种物质D为KOH。