秋高一化学必修1练习411 无机非金属材料的主角硅人教版.docx
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秋高一化学必修1练习411无机非金属材料的主角硅人教版
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有
（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）存有
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极大的氧化物及硅酸盐的形式存有，存有形态全部是化合态。
2．二氧化硅
（1）存有
地球上二氧化硅的存有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1∶2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
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材料，能够制作光导纤维。
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。
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Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
（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
①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Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3（胶体）。
b．硅酸只与强碱反应，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
②不稳定性
硅酸受热易分解，化学方程式为H2SiO3
SiO2＋H2O。
（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的说法准确的是（）
A．常温下CO2、SiO2都是气体
B．CO2、SiO2都不溶于水
C．CO2、SiO2在一定条件下都能够是固体
D．CO2和SiO2的硬度小，熔点低
答案：
C
解析：
A项，SiO2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准确的是（）
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项准确。
5．二氧化硅属于酸性氧化物的主要原因是（）
A．Si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
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水，C项准确。
6．下列实验室保存试剂的方法准确的是（）
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项准确。
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、SiO2、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；2mol·L－1盐酸、2mol·L－1NaOH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Ⅰ____________；试剂Ⅱ______________；试剂Ⅲ____________。
（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
①
取适量矿石研细，加足量2mol·L－1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
②
③
④
答案：
（1）2%KSCN溶液2mol·L－1NaOH溶液
2mol·L－1盐酸
（2）
②
取操作①所得溶液少许于试管中，并滴入几滴2%KSCN溶液
溶液变为红色，说明矿石中含有Fe2O3
③
取操作①所得残余固体适量于烧杯中，加入足量2mol·L－1NaOH溶液，充分搅拌
残余固体溶解完全，并得无色溶液
④
取操作③所得无色溶液少许于试管中，用胶头滴管滴入2mol·L－1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＋的存有，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．下列说法准确的是（）
A．硅酸不溶于水，所以不与NaOH溶液反应
B．根据SiO2＋CaCO3
CaSiO3＋CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强
C．CO2气体通入硅酸钠溶液中能够制得硅酸
D．SiO2溶于水显酸性
答案：
C
解析：
硅酸不溶于水，但与NaOH溶液反应：
H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O，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，使反应实行得比较彻底，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（）
A．CO2溶于水生成碳酸，而SiO2不溶于水
B．高温时发生反应：
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
C．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能够由较强酸制得较弱酸，即“强酸制弱酸规律”，所以Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，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实行。
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）2OH－＋SiO2===SiO
＋H2O
（2）过滤SiO
＋2H＋===H2SiO3↓
（3）H2SiO3
H2O＋SiO2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SiO
＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO
（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Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑能够知道酸性HCl强于H2CO3；然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判断酸性H2CO3>H2SiO3。
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：
①________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
（3）写出离子方程式：
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
⑤________________________________________________________________________。
答案：
（1）制光导纤维Na2SiO3H2SiO3
（2）①Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
④H2SiO3
H2O＋SiO2
（3）②CO2＋H2O＋SiO
===CO
＋H2SiO3↓
③SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
⑤SiO
＋2H＋===H2SiO3↓
课后作业·速达标
时间：
30分钟满分100分
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（）
A．Na2SiO3B．Al2O3
C．SiO2D．Si
答案：
C
解析：
石英的主要化学成分是SiO2，C项准确。
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世界迅猛发展。
光导纤维的主要成分是（）
A．CaCO3B．Si
C．SiO2D．SiC
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项准确。
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项准确。
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（）
A．Na2SiO3B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2D．SiO2
答案：
A
解析：
将足量CO2气体通入Na2SiO3溶液中，发生反应：
2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3。
加热蒸干、高温灼烧时发生反应H2SiO3
H2O＋SiO2,2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O，SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑。
各物质间存有如下关系：
H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2。
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
C．NaOH溶液D．Na2SiO3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，所以可用带玻璃塞的试剂瓶存放盐酸，A项准确；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项不准确；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，故应该使用橡胶塞，C项不准确；硅酸钠溶液的黏性很强，不能用玻璃塞，应该用橡胶塞，D项不准确。
6．下列说法不准确的是（）
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项准确。
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项准确。
二氧化硅的熔沸点高、硬度大，D项准确。
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准确的是（）
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶于强酸和强碱
D．x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：
BaO·CuO·2SiO2，故A准确；B．BaCuSi2O6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准确；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）×x＝0，解得x＝6，故D准确，故选C。
8．下列相关二氧化硅的叙述不准确的是（）
A．沙子、石英、水晶的主要成分都是SiO2
B．SiO2是制作光导纤维的主要原料
C．H2SiO3可由SiO2直接制得
D．SiO2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项准确；二氧化硅可用来制造光导纤维，B项准确；二氧化硅不能与水反应直接生成硅酸，C项不准确；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项准确。
9．下列关于硅酸的说法准确的是（）
A．硅酸能够通过SiO2和水的化合反应直接制得
B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓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
A
H2SO4
SO2
B
H2SiO3
SiO2
C
H2CO3
CO2
D
HCl
Cl2O7
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________。
相关反应的方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（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________________________________。
相关反应方程式为________________________________________________________________________。
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SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
（3）HF能腐蚀玻璃SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
12．（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）SiO2SiO2＋2C
Si＋2CO↑（3）CaSiO3Na2SiO3
13．（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对应的空格内（如果不需补加试剂，则对应答案栏可空着）。
可供选择的试剂：
A．盐酸B．NaOH溶液C．O2
D．H2OE．CO2
可供选择的操作：
①分液②加热③过滤④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（Na2SO4）
答案：
（1）A③
（2）B③（3）D③④（4）A③（5）不加试剂②（6）D③
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CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
（2）根据SiO2能溶于NaOH溶液，即SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，而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Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O。
（5）根据H2SiO3受热分解生成SiO2，即H2SiO3
SiO2＋H2O。
（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Al2O3·2SiO2·2H2O，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）Na2CO3＋Al2O3
2NaAlO2＋CO2↑、Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑
（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AlO
＋4H＋===Al3＋＋2H2O,2H＋＋H2O＋SiO
===H4SiO4↓，H4SiO4===H2SiO3＋H2O，所以沉淀M的化学式为H4SiO4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
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