人教版化学必修一重难点解析412.docx
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人教版化学必修一重难点解析412
第2课时 硅酸盐和硅单质
课程目标,
1．了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。
2．了解硅的性质和用途。
3．了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。
图说考点,
[新知预习]
一、硅酸盐
1．硅酸盐的组成和性质
（1）概念：
由硅、氧和金属组成的化合物的总称
（2）性质：
固态，大多不溶于水，化学性质很稳定
（3）表示方法：
如Na2SiO3、Na2O·SiO2
2．最简单的硅酸盐——Na2SiO3
3．三种常见的硅酸盐产品
硅酸盐
产品
原料
主要设备
主要成分
水泥
石灰石、黏土
水泥
回转窑
硅酸二钙：
2CaO·SiO2
硅酸三钙：
3CaO·SiO2
铝酸三钙：
3CaO·Al2O3
玻璃
纯碱、石灰
石、石英砂
玻璃窑
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
黏土
Al2O3·2SiO2·2H2O
二、硅单质
1．形态及结构
2．性质
（1）物理性质
色、态
光泽
熔点
硬度
质地
导电性
灰黑色固体
金属光泽
高
大
脆
良好半导体
（2）化学性质：
在常温下化学性质不活泼，但能与氢氟酸、强碱发生反应。
①Si与NaOH溶液：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
②Si与氢氟酸：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
3．用途
（1）半导体材料，如硅芯片等。
（2）新型能源，如光电池等。
[即时性自测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）晶体硅与金刚石的结构相似。
（ ）
（2）硅是活泼的非金属元素。
（ ）
（3）自然界中存在单质硅。
（ ）
（4）硅酸钠可以改写为Na2O·SiO2，故硅酸钠是混合物，含有Na2O和SiO2。
（ ）
（5）硅酸钠俗称水玻璃，是一种防火剂。
（ ）
（6）硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质。
（ ）
（7）普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石。
（ ）
（8）光电池可以将光能直接转化为电能。
（ ）
答案：
（1）√
（2）× （3）× （4）× （5）× （6）√ （7）√ （8）√
2．从现有的考古资料来看，中国原始陶器开始于距今七千年前。
时至今日陶瓷已广泛应用于人们的生活和生产中，下列不属于陶瓷制品的是（ ）
解析：
试管是玻璃制品。
答案：
C
3．下列关于硅及二氧化硅的化学性质的化学方程式书写错误的是（ ）
A．硅与氢氟酸反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
B．硅与烧碱溶液反应：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
C．硅与盐酸反应：
Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑
D．二氧化硅在高温下被C还原：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑
解析：
常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。
加热或高温条件下能与C、Cl2、O2等发生反应，化学方程式分别为Si＋C
SiC、Si＋2Cl2
SiCl4、Si＋O2
SiO2。
答案：
C
4．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃。
下列关于水玻璃的说法中，正确的是（ ）
A．水玻璃是一种纯净物
B．水玻璃可作木材防腐剂
C．水玻璃与盐酸反应所得的白色胶状沉淀是二氧化硅
D．滴有酚酞的水玻璃呈红色，说明水玻璃呈碱性
解析：
水玻璃是Na2SiO3的水溶液，是一种混合物；由于Na2SiO3的热稳定性极好，又不能燃烧，所以常用作木材防火剂而不是防腐剂；Na2SiO3溶液中滴入盐酸发生反应：
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl，产生的沉淀是H2SiO3而不是SiO2；Na2SiO3溶液能使无色酚酞溶液变红色，说明水玻璃显碱性。
答案：
D
提升点一 硅的结构特点和特性
[例1] 下列关于硅的说法中，错误的是（ ）
A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度小，熔点低
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
【解析】 硅虽然外形像金属（有金属光泽），但实际上属于非金属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；硅的化学性质不活泼，常温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。
【答案】 C
解答信息实验题时要特别注意以下两点：
（1）分析题目信息，注意实验操作或具有特殊性质的物质；
（2）与已掌握的知识进行对比分析，充分利用信息进行知识迁移。
[提升1] 硅在地壳中的含量较高。
硅及其化合物在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题：
（1）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。
其中，生产普通玻璃的主要原料有
________________________________________________________________________。
（2）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。
工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图如下：
①工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中加热到1600～1800℃，除生成粗硅外，也可以生成碳化硅，则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成SiHCl3的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（3）还原炉中发生的化学反应为
________________________________________________________________________。
解析：
（1）生产普通玻璃的主要原料有纯碱、石英砂、石灰石。
（2）①二氧化硅与焦炭在高温下发生反应生成粗硅或碳化硅，化学方程式为SiO2＋2C
Si＋2CO↑、SiO2＋3C
SiC＋2CO↑。
②粗硅与氯化氢在250～300℃条件下反应生成SiHCl3和氢气。
（3）还原炉内，氢气与SiHCl3发生氧化还原反应，生成Si和HCl，化学方程式为SiHCl3＋H2
Si＋3HCl。
答案：
（1）纯碱、石英砂、石灰石
（2）①SiO2＋2C
Si＋2CO↑、SiO2＋3C
SiC＋2CO↑
②Si＋3HCl
SiHCl3＋H2
（3）SiHCl3＋H2
Si＋3HCl,
[关键能力]
1．晶体硅的结构
结构类似于金刚石。
硅的工业制法
硅单质是由其氧化物制得的，常见工艺流程如下：
石英砂
粗硅
SiCl4
纯硅
有关反应的化学方程式为：
（1）2C＋SiO2
Si（粗）＋2CO↑
（2）Si（粗）＋2Cl2
SiCl4
（3）SiCl4＋2H2
Si（纯）＋4HCl
2．硅单质的化学性质
（1）常温下：
①与氟气反应：
Si＋2F2===SiF4；②与氢氟酸反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；③与NaOH溶液反应：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
（2）加热条件下：
①与O2反应：
Si＋O2
SiO2；②与Cl2反应：
Si＋2Cl2
SiCl4；③与C反应：
Si＋C
SiC
提升点二 含硅物质的性质应用与转化
[例2] 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”等图案生动形象，但古瓷中所用颜料的成分一直是个谜。
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·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶于强酸和强碱
D．x等于6
【解析】 BaCuSi2Ox中，Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，O为－2价，由化合价规则：
（＋2）＋（＋2）＋2×（＋4）＋（－2）×x＝0，得x＝6，则用氧化物形式表示硅酸铜钡为BaO·CuO·2SiO2，A、D项正确；由题干信息可知硅酸铜钡的性质稳定，不易脱色，故B项正确，C项错误。
【答案】 C[提升2] A、B、C、D、E五种含硅元素的物质，相互转化关系如图所示：
（1）推断A～E的化学式：
A________，B________，C________，D________，E________。
（2）①写出B―→A的化学方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②A―→C的离子方程式
________________________________________________________________________。
解析：
在空气中燃烧生成D，B可能为Si，B和D都能与NaOH溶液反应生成A，则A为Na2SiO3，A和盐酸反应生成C，C为H2SiO3，H2SiO3受热分解又生成SiO2，证明B为Si，E为CaSiO3。
答案：
（1）Na2SiO3 Si H2SiO3 SiO2 CaSiO3
（2）①Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
②SiO
＋2H＋===H2SiO3↓
硅及其化合物转化关系题中的突破口
（1）硅、二氧化硅的结构：
如硅与金刚石结构相似。
（2）硅、二氧化硅的物理性质：
如硬度大，熔、沸点高。
（3）特征性质：
①与强碱溶液反应放出H2的非金属单质是硅。
②不与H2O反应、能与氢氟酸反应（或雕刻玻璃）的酸性氧化物为SiO2。
③难溶于水的无机酸是H2SiO3。
[关键能力]
1．硅及其化合物的转化关系
2．硅酸盐的氧化物形式的改写
硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：
书写形式
化学计量数
硅酸盐组成式改写实例：
钠长石NaAlSi3O8不能写成
Na2O·
Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
1．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是（ ）
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片D．光导纤维
答案：
C
2．科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。
下列关于硅的说法中正确的是（ ）
A．地壳中硅的含量稀少
B．自然界中存在大量单质硅
C．高纯度的硅被用于制作计算机芯片
D．光导纤维的主要成分是Si
解析：
因为21世纪是计算机广泛普及和应用的时代，而硅（高纯度）又是制作计算机芯片的原料。
答案：
C
3．关于硅及其化合物的叙述中，正确的是（ ）
A．硅是良好的半导体材料，可以与NaOH溶液和氢氟酸反应
B．二氧化硅与石灰石反应：
SiO2＋CaCO3
CaSiO3＋CO↑
C．用焦炭还原二氧化硅生产硅：
SiO2＋2C
Si＋2CO2↑
D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
解析：
B项正确的化学方程式为CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑；C项正确的化学方程式为SiO2＋2C
2CO↑＋Si；D项水泥的主要成分是3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3。
答案：
A
4．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
选项
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
解析：
刚玉的主要成分是三氧化二铝，金刚石的成分是碳。
大理石、石灰石的主要成分都是碳酸钙；水泥、玻璃属于硅酸盐；沙子、石英的主要成分都是二氧化硅。
答案：
A
5．如图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。
其中B是一种单质，其余物质也都是有B元素的化合物。
C是一种钠盐，E是C对应的酸，B的结构类似金刚石，D为B的氧化物（其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去），请填写空白：
（1）A、D、E的化学式分别为________、________、________。
（2）A和B的互相转化在工业上有什么实际意义？
________________________________________________________________________。
（3）写出D→C反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）写出E→D反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
解析：
本题的突破口是：
“B是一种单质”“B的结构类似金刚石”。
据此，容易推断出B是晶体硅。
硅与氯气在加热条件下生成SiCl4，因此，A为SiCl4。
经过分馏提纯后得到纯净的SiCl4，SiCl4可以被氢气还原得纯净的硅。
根据D能转化成B（Si），可知D为SiO2，由此可知其他答案。
答案：
（1）SiCl4 SiO2 H2SiO3
（2）粗硅提纯
（3）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
（4）H2SiO3
SiO2＋H2O
练后感悟
含硅化合物之间的“三角转化”关系，是推断含硅化合物推断题的重要突破口，其转化关系如图。
课时作业19 硅酸盐和硅单质
授课提示：
对应学生用书121页
[练基础]
1．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。
下列叙述中，正确的是（ ）
A．右图是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力是以Si为原料制作的太阳能电池
B．晶体硅主要用途是制造光导纤维
C．硅是地壳中含量最多的元素
D．硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在
解析：
晶体硅是良好的半导体材料，主要用途是制作太阳能电池、集成电路，A正确、B错误；氧是地壳中含量最多的元素，C错误；硅是亲氧元素，在自然界中以化合态形式存在，D错误。
答案：
A
2．有关硅元素的下列叙述中正确的是（ ）
A．硅、碳与氢氟酸都不反应
B．硅是构成矿物岩石的主要原料，其化合态硅几乎全部是硅石和硅酸盐
C．硅与碳性质都很稳定，都能以游离态存在于自然界
D．晶体硅、石墨都可作半导体材料
答案：
B
3．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是（ ）
A．氮 B．硫
C．硅D．氯
解析：
玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。
答案：
C
4．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。
下列对晶体硅的有关叙述正确的是（ ）
A．晶体硅和金刚石的物理性质相似
B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
解析：
晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。
答案：
A
5．下列物质中，导电性介于导体和绝缘体之间的是（ ）
①晶体硅 ②金属铝 ③石墨 ④晶体锗 ⑤金刚石
A．只有①B．只有⑤
C．②和③D．①和④
解析：
Si、Ge均能导电，可作半导体材料；Al是电的良导体；石墨也能导电，但不能作半导体材料；金刚石不导电。
答案：
D
6．下列溶液中①碳酸钠溶液 ②氢氟酸 ③氢氧化钠溶液 ④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是（ ）
A．①③B．②④
C．②③D．①④
解析：
①、③项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃裸露的SiO2反应，生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启。
氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。
答案：
A
7．熔融氢氧化钠反应选用的器皿是（ ）
A．陶瓷坩埚B．石英坩埚C．普通玻璃坩埚D．生铁坩埚
解析：
陶瓷的成分中含有SiO2，石英的成分就是SiO2，玻璃的主要成分中也含有SiO2，而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应：
SiO2＋2NaOH
Na2SiO3＋H2O。
所以A、B、C的器皿都不能选用，只能用生铁坩埚。
答案：
D
8．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）＋2Cl2
SiCl4，
③SiCl4＋2H2
Si（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
解析：
在反应②中Si元素化合价升高，被氧化。
答案：
D
[提素养]
9．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：
“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。
”下列有关普通玻璃的说法不正确的是（ ）
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
解析：
普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；普通玻璃的大致组成为Na2O·CaO·6SiO2，C正确；二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛有NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞。
答案：
B
10．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是（ ）
A．钙沸石[Ca（Al2Si3O10）·3H2O]：
CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石（Mg2SiO4）：
2MgO·SiO2
C．钾云母（K2H4Al6Si6O24）：
K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．高岭石[Al2（Si2O5）（OH）4]：
Al2O3·2SiO2·2H2O
答案：
C
11．将过量的CO2分别通入：
①CaCl2溶液 ②浓Na2SiO3溶液 ③Ca（OH）2溶液 ④饱和Na2CO3溶液。
最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）
A．①②③④B．②④C．①②③D．②③
解析：
CO2溶于水：
CO2＋H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。
根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca（OH）2溶液至过量，Ca（OH）2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca（HCO3）2，最终生成Ca（HCO3）2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：
Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出，故选B。
答案：
B
12．在含有NaOH、NaAlO2、Na2SiO3的溶液中逐滴加入盐酸至过量，其图像正确的是（ ）
解析：
若偏铝酸钠最先与盐酸反应，生成的氢氧化铝会溶于氢氧化钠溶液中；若硅酸钠最先与盐酸反应，生成的硅酸会溶于氢氧化钠溶液中，因此氢氧化钠最先与盐酸反应，然后偏铝酸钠和硅酸钠与盐酸反应生成氢氧化铝、硅酸，继续滴加盐酸，氢氧化铝溶解，硅酸不溶解。
综上所述，C项符合题意。
答案：
C
13．下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是（ ）
A．SiO2属于两性氧化物
B．酸性：
H2SiO3>H2CO3
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
解析：
SiO2是酸性氧化物；酸性：
H2CO3>H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应等。
答案：
C
14．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
（1）计算机芯片和太阳能电池的主要成分是________，光导纤维的主要成分是________。
（填化学式）
（2）工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（3）工业上利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶后进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（4）玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，翡翠的主要成分为NaAlSi2O6，用氧化物形式表示为________________________________________________________________________。
（5）高纯度单晶硅可以按下列方法制备：
SiO2
Si（粗）
SiHCl3
Si（纯）
写出步骤①的化学方程式：
________________________________________________________________________。
步骤②的产物经过冷凝后得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃），提纯SiHCl3主要操作的名称是________。
步骤③需要在无水无氧环境下进行，若在有氧环境下，除了有不安全因素外，还可能使产品中混有杂质________。
解析：
（1）Si是半导体，可用于制造计算机芯片和太阳能电池，光导纤维的主要成分是SiO2。
（2）工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，是因为氢氟酸能和SiO2反应，反应的化学方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。
（3）工业上利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶后进一步脱水处理可得到硅胶，水玻璃（Na2SiO3）和盐酸反应的离子方程式为SiO
＋2H＋===H2SiO3（胶体）。
（4）翡翠的主要成分为NaAlSi2O6，将其表示为氧化物形式为Na2O·Al2O3·4SiO2。
（5）步骤①的化学方程式为2C＋SiO2
Si（粗）＋2CO↑；步骤②的产物经过冷凝后得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃），根据两者沸点不同，可采用
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