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

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

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―→FeCl3

C.NO2―→NO   D.S―→SO2

12.(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＋H2O

B.往烧碱溶液中通入CO2：CO2＋2OH－===CO＋H2O

C.向小苏打溶液中加过量的石灰水：2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋2H2O＋CO

D.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：

________________________________________________________________________。