考点15 硅及其化合物——2023年江苏省普通高中化学学业水平合格性考试专项精讲+测试

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考点14 硅及其化合物【学业要求】1.了解硅及其重要化合物的主要物理性质。2.知道硅元素在自然界中以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。3.了解硅及其重要化合物的主要用途。4.了解二氧化硅与氢氟酸、碱性氧化物、强碱等的反应。一、硅酸盐材料1．硅酸盐(1)定义：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O，长石(KAlSi3O6)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。(3)传统硅酸盐材料如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。2．常见硅酸盐材料比较 陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土辅助原料：适量的石膏设备陶瓷窑玻璃熔炉水泥回转窑主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维大量用于建筑和水利工程玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。3．硅酸钠(Na2SiO3)。①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。②与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与CO2水溶液反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(1)硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是硅酸钠，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃成分不同，水玻璃又称泡花碱，但它却是盐溶液，而不是碱溶液。(2)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。(3)硅酸盐的三点提醒①盛Na2SiO3的试剂瓶应密封，否则Na2SiO3吸收空气中的CO2和H2O会变质。②盛Na2SiO3的试剂瓶不能用玻璃塞，因为其本身是一种黏合剂。③SiO与H＋不能大量共存。二、新型无机非金属材料1．硅和二氧化硅(1)硅的存在与性质①硅是亲氧元素，在自然界中总是与氧化合，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在；②单质硅是应用最为广泛的半导体材料；③高温下，硅能与氧气反应生成SiO2，与氯气反应生成SiCl4。(2)二氧化硅的性质①二氧化硅硬度大、熔点高，不溶于水；②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；③具有氧化性：SiO2＋2CSi＋2CO↑；④特性：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。2．新型陶瓷与碳纳米材料(1)①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。③压电陶瓷：具有压电效应。④超导陶瓷：在临界温度时电阻为零的陶瓷。碳化硅(SiC)------一种高温结构陶瓷碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接而形成，与金刚石的结构类似，具有硬度大和优异的高温抗氧化性能。(2)碳纳米材料①富勒烯：是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。②碳纳米管：是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，具有高强度和优良的电学性能。③石墨烯：是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。上述碳纳米材料，与金刚石、石墨等均为碳的同素异形体。【真题演练】例1．(2015·江苏合格考)实验室制备硅酸的反应为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，该反应属于(　　)A.化合反应   B.分解反应C.置换反应   D.复分解反应例2．(2015·江苏合格考)手机芯片是一种在半导体材料上集合多种电子元器件的电路模块。下列可用作半导体材料的是(　　)A.铝     B.硅     C.碳     D.铁例3．(2015·江苏合格考)下列物质属于硅酸盐产品的是(　　)A.尼龙绳   B.保鲜膜C.青花瓷   D.金刚石例4．(2017·江苏合格考)有关物质的转化关系如下图所示(部分生成物和反应条件已略去)。D、F、G、H均为常见气体，其中D能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，G呈黄绿色，H在空气中含量最高；C的摩尔质量为32 g·mol－1；E为难溶性碱。(1)C的化学式为____________________。(2)H的电子式为____________________。(3)写出反应①的离子方程式：____________________________________________________。(4)写出反应②的化学方程式：________________________________________________。【核心归纳】1．硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。(2)氧化物前计量数的配置原则：按配置前后原子个数守恒原则配置各氧化物的计量数，并写在相应氧化物前面，且不同氧化物之间以“·”隔开。写成氧化物后，原化学式中的各元素、原子的个数比应保持不变。(3)当氧化物计量数出现分数时应化为整数，如钾长石：KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。2．不要混淆常见含硅物质的类别。①计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2，用作半导体材料的是晶体硅；②水晶、沙子、玛瑙等的主要成分是SiO2而不是硅酸盐。③光导纤维的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐材料。④传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。(2)工业制备高纯硅的原理：①SiO2＋2CSi＋2CO↑；②Si＋3HClSiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。   【过关检测】1.(2022·泰州中学合格考模拟)下列有关物质的性质和应用对应关系正确的是(　　)A.晶体硅熔点高、硬度大，是制造太阳能电池和计算机芯片的主要材料B.氧化铝熔点高，常用于耐高温材料C.明矾溶于水能形成胶体，可用于自来水的杀菌消毒D.苏打溶液呈弱碱性，可用作胃酸中和剂2.(2022·宜兴中学合格考模拟)下列有关物质用途或相关性质的说法中，不正确的是(　　)A.聚乙烯可用于制食品袋B.通信产业中用晶体硅来生产光导纤维C.氢氧化铝、碳酸镁、小苏打等可用于治疗胃酸过多D.液氨可用作制冷剂3.(2022·连云港合格考模拟)下列有关物质的性质与用途说法正确的是(　　)A.氧化镁熔点高，可制备耐酸坩埚B.常温下，铝与浓硝酸不反应C.SiO2可用于制造太阳能电池板D.热的纯碱溶液可以去除餐具表面油污4.(2022·江都中学、扬中、华罗庚、宜兴、常熟、溧水六校联考)下列物质的说法错误的是(　　)A.Al2O3 常用作耐火材料B.氧化钠可用作潜水艇供氧剂C.钠钾合金可用作快中子反应堆导热剂D.水玻璃可用作木材防火剂5.(2022·徐州合格考一模)如今人们已经步入“4G”时代，以光导纤维为基础的高速信息通道尤为重要。制造光导纤维的材料是(　　)A.铜合金   B.橡胶C.聚乙烯   D.二氧化硅6.(2022·徐州合格考一模)石墨烯被称为“黑金”“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将成为“彻底改变21世纪”的“黑科技”。石墨的组成元素是(　　)A.钙  B.铁  C.硅  D.碳7.无论是传统的或是新型的无机非金属材料，硅元素都占有非常重要的地位。由于硅在太阳能发电中的重要作用，有些科学家称硅是“二十一世纪的能源”。下列关于硅的说法不正确的是(　　)A.自然界中硅单质的含量居各元素的第二位B.高纯度的硅是制半导体的重要材料C.水泥、玻璃、陶瓷都是传统的硅酸盐工业产品D.二氧化硅可用于制作光导纤维8.(2022·徐州合格考模拟)下列关于SiO2和CO2的叙述不正确的是(　　)A.都是非金属氧化物B.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸D.SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨9.(2022·连云港合格考模拟)下列说法正确的是(　　)A.久置的漂白粉漂白效果更好B.以海水为原料能提取Na、Mg、Br2等物质C.次氯酸和二氧化硫的漂白原理相同D.二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器10.(2022·镇江合格考模拟)太阳能电池为神舟十一号进入轨道后的运行提供了电能。制造太阳能电池板的半导体材料可以是(　　)A.碳   B.铝合金C.硅   D.钛合金11.(2022·连云港合格考模拟)下列物质间的转化只通过一步化学反应不能实现的是(　　)A.SiO2―→H2SiO3   B.Fe―→FeCl3C.NO2―→NO   D.S―→SO212.(2022·扬州合格考模拟)下列有关物质性质、用途的说法都正确的是(　　)A.硅晶体是良好的半导体，可用于制造光导纤维B.高压钠灯发出的黄光透雾能力强，可用于道路和广场照明C.生石灰能与水反应，可用于除去HCl气体中少量的水蒸气D.氢氧化钠具有强碱性，可用于制胃酸中和剂13.(2022·无锡天一中学模拟)下列离子方程式不正确的是(　　)A.石英与烧碱反应：SiO2＋2OH－===SiO＋H2OB.往烧碱溶液中通入CO2：CO2＋2OH－===CO＋H2OC.向小苏打溶液中加过量的石灰水：2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋2H2O＋COD.往水玻璃中加入盐酸：SiO＋2H＋===H2SiO3↓14.(2022·连云港合格考模拟)制备硅单质时，主要化学反应如下：①SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)Si(粗硅)＋2CO↑；②Si(粗硅)＋2Cl2SiCl4；③SiCl4＋2H2Si(纯硅)＋4HCl。下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是(　　)A.①③为置换反应        B.①②③均为氧化还原反应C.②为化合反应          D.三个反应的反应物中硅元素均被还原15.(2022·徐州合格考模拟)下列说法不正确的是(　　)A.硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅B.水泥、普通玻璃都是混合物C.生产水泥和玻璃都必须用石灰石D.用纯净的石英制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器16.下列关于水玻璃的性质和用途叙述不正确的是(　　)A.水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也耐腐蚀B.在建筑工业上可作黏合剂、耐酸水泥掺料C.木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质17.(2022·南京一中模拟)为确定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)。请据此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂为________________。(2)装置B所盛试剂是______________，其作用是_______________________________。(3)装置C所盛试剂是_______________，C中反应的离子方程式是________________。18.(2022·天一中学模拟)物质A～J均由短周期元素组成，并有如下图转化关系，A是常见液体，D、F为组成元素相同的无色气体，B、E、G、H是单质，且E是常见光太阳能电池中的半导体材料，G、H呈气态，且H呈黄绿色。请回答下列问题：(1)I的电子式为__________________________________________________________。(2)A的化学式为________。(3)B与C反应的化学方程式为：________________________________________________________________________。(4)H与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为：________________________________________________________________________。19.材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础，合理使用材料可以改善我们的生活。(1)在下列材料中，属于无机非金属材料的是____，属于塑料制品的是_____。(填字母)a.涤纶   b.聚氯乙烯塑料c.氮化硅陶瓷   d.玻璃钢(2)玻璃、陶瓷、水泥的生产中，不需要使用石灰石作原料的是________；制造水泥和陶瓷都需要的原料是________。(3)氧气和四氯化硅蒸气在旋转的高温炉中反应(发生置换反应)，其产物之一可制得光导纤维，该反应的化学方程式为____________________________________________________。20.有下图所示物质的转化关系，其中A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。据图回答下列问题：(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和过量盐酸反应的离子方程式是：________________________________________________________________________。