2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《硅及其化合物》

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《硅及其化合物》

2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《硅及其化合物》 【知识梳理】 一、硅和二氧化硅 1．硅 （1）自然界存在形式：硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在。主要单质有：晶体硅和无定性硅 两大类。 （2）物理性质：晶体硅为原子晶体，灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝 缘体之间，是常用的半导体材料。 （3）化学性质：常温下化学性质不活泼，只能跟 F2、HF 和 NaOH 溶液反应，在高温条件下，单质硅能与 O2 和 Cl2 等非金属单质反应。 条件 化学反应 化学方程式 常温 跟 F2 反应 Si＋2F2＝SiF4 跟 HF 反应 Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑ 跟 NaOH 溶液反应 Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑ 高温 跟 O2 反应 Si＋O2 SiO2 跟 Cl2 反应 Si＋2Cl2 SiCl4 （4）用途：太阳能电池、计算机芯片、半导体材料、制作特种钢及合金等。 （5）制备：自然界中无游离态的硅，工业上，用 C 在高温下还原 SiO2 可制得粗硅，有关反应的化学方程 式： SiO2＋2C Si(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2 SiCl4，SiCl4＋2H2 Si(纯)＋4HCl 温馨提示：①硅主要用于半导体材料（如集成电路的芯片），另外还用于制作特种纲及合金。②非金属单 质一般为非导体（如硫），但 Si 却为半导体。③C、Si 同属 IVA 族，还原性是 Si 大于 C，而 C 却能将 Si 从 SiO2 中还原出来（条件是高温），原因是产物 CO 气体迅速从反应体系中逸出。④非金属单质一般不跟 非氧化性酸作用，而 Si 却能与 HF 发生反应。 2．二氧化硅（SiO2） （1）SiO2 的空间结构：SiO2 晶体是立体网状结构。在 SiO2 晶体里，每个 Si 周围结合四个 O，同时每个 O 与两个 Si 相结合，在 SiO2 晶体中原子个数比为 1∶2，因此用“SiO2”这个式子表示二氧化硅晶体的组成。SiO2 直接由原子构成不存在单个 SiO2 分子。 （2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。 高温 （3）化学性质：SiO2 常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸 反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应。 化学反应 化学方程式 相关应用 与强碱反应 SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋ H2O SiO2 能与强碱溶液生成的硅酸 钠具有粘性，所以不能用带磨 口玻璃塞试剂瓶存放碱性溶 液，避免 Na2SiO3 将瓶塞和试剂 瓶粘住，打不开，碱性溶液存 放应用橡皮塞 与氢氟酸反应 SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O 利用此反应，氢氟酸能刻蚀玻 璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶 存放，应用塑料瓶 与碱性氧化物反应 SiO2＋CaO CaSiO 与某些盐类反应 SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑ SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ 之所以能够如此反应，原因是 高温条件下，产物 CO2 容易从 反应体系中逃逸，使反应向正 方面进行 （4）用途：石英可用于制作石英表和石英玻璃；石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料；水晶常用来制造电子 部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等；玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品；SiO2 被用于制造 高性能的现代通讯材料——光导纤维。 温馨提示：二氧化碳和二氧化硅的比较 高温 例题1、下列说法正确的是 。 ①因为 HF 与 SiO2 反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 ②下列转化在一定条件下能够实现：SiO2――→HClaq SiCl4――→H2 高温 Si ③石英砂可用于生产单晶硅 ④用 NaOH 溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅 ⑤Si 和 SiO2 都可用于制造光导纤维 ⑥SiO2 既能和 NaOH 溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 ⑦向 Na2SiO3 溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+ ⑧SiC 与 SiO2 的熔点均与所含化学键的键能有关 ⑨碳和硅均为ⅣA 族元素，自然界中有碳和硅的多种单质存在 ⑩在粗硅的制取中发生 2C＋SiO2=====高温 2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性 ⑪二氧化碳和二氧化硅都可溶解在 NaOH 溶液中 ⑫用盐酸可除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙 二、硅酸与硅酸盐 1．硅酸 （1）物理性质：硅酸是不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，硅胶吸附水分能力强。 （2）化学性质：H2SiO3 是一种弱酸，酸性比碳酸弱，其酸酐为 SiO2，不能直接由 SiO2 溶于水制得，而用 可溶性硅酸盐与酸反应制取：Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓或 Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3 （此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3） （3）用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。 2．硅酸盐 硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性 硅酸盐是 Na2SiO3。 （1）硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性 较强的酸反应：Na2SiO3 + 2HCl ＝ H2SiO3↓(白)+ 2NaCl；Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝H2SiO3↓+ Na2CO3。 （2）硅酸盐材料是传统的无机非金属材料，玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生 产的硅酸盐制品。 硅酸盐产品 水 泥 玻 璃 原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 反应原理 发生复杂的物理化学变化 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 主要成分 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反应条件 高温 高温 陶瓷生产的一般过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷，随着现代科学技术的发展，一些具有特殊 结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等相继被生产出来。 温馨提示：①“水玻璃非玻璃，名碱却是盐”是 Na2SiO3 的写照，该物质的水溶液俗名为“水玻璃”，但它与玻 璃却大相径庭；Na2SiO3 因水显强碱性，俗名“泡花碱” ，但它却不是碱，而是盐。②复杂硅酸盐可以看成 碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂化合物，因此可以改写为 aMxOy·bSiO2·cH2O 的方式（具体顺序是： 碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水），如硅酸钙：3CaO·SiO2、铝酸三钙：3CaO·Al2O3；高岭土： Al2O3·2SiO2·2H2O。 例题2、下列说法正确的是 。 ①硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 ②高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ③玻璃瓶不能盛放氢氟酸 ④SiO2 与水反应可制取硅酸 ⑤CO2 通入水玻璃可以得到硅酸沉淀 ⑥水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ⑦玻璃是一种纯净物 ⑧陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料 ⑨水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 ⑩烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中 【课时练习】 1．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( ) A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为 Si3N4 B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为 SiO2 D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为 1∶2 2．下列物质的用途不正确的是（ ） 高温 A．单质硅用来制作芯片 B．水晶玛瑙制作工艺品和饰品 C．硅酸钠用作防火材料 D．二氧化硅制作太阳能电池 3．如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．盛放 Na2CO3 溶液的试剂瓶用玻璃塞 C．硅胶吸水后可重复再生 D．图中所示的转化都是氧化还原反应 4．下列说法正确的是 A．因为 HF 与 SiO2 反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 B．下列转化在一定条件下能够实现：SiO2 SiCl4 Si C．SiO2 既能和 NaOH 溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 D．Si 和 SiO2 都用于制造光导纤维 5．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料,对硅的纯度要求很高。制得高纯度硅的化学方程式为：①SiO2 + 2C Si + 2CO ②Si + 3HCl SiHCl3 + H2 ③SiHCl3 + H2 Si + 3HCl，则有关反应分类说法正确的 是 A．①②③均属于氧化还原反应 B．只有①属于置换反应 C．只有①属于氧化还原反应 D．③属于复分解反应 6．硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C．反应：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑中，Si 为还原剂，NaOH 和 H2O 为氧化剂 D．硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应 7．下列各项操作中，不发生先沉淀后溶解现象的是（ ） ①向 Na2CO3 饱和溶液中通入过量的 CO2 ②向 Na2SiO3 溶液中逐滴加入过量稀硫酸 ③向石灰水中通入过量的 CO2 气体 ④向 NaAlO2 溶液中通入过量 CO2 A．①②③④ B．①② C．①②④ D．①②③ 8．Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确．．．的是( ) A．可发生反应：Ca3SiO5 + 4NH4Cl   Δ    CaSiO3 + 2CaCl2 + 4NH3 ↑ +2H2O B．具有吸水性，需要密封保存 C．能与SO2，反应生成新盐 D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2 9．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。 这种材料可以按下列方法制备： SiO2 Si(粗) SiHCl3 Si(纯)，下列说法正确的是( ) A．步骤①的化学方程式为 SiO2＋C Si＋CO2↑ B．步骤①、②、③中每生成或反应 1 mol Si，转移 4 mol 电子 C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应 D．SiHCl3(沸点 33.0 ℃)中含有少量的 SiCl4(沸点 67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯 SiHCl3 10．下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是( ) A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B．反应①Na2SiO3+H2O+CO2═Na2CO3+H2SiO3↓，反应②Na2CO3+SiO2 高温 Na2SiO3+CO2↑，两反应是相互 矛盾的，不可能都能发生 C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料 D．祖母绿的主要成分为 Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为 3BeO·Al2O3·6SiO2 11．青石棉(cricidolite)是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的 46 种化学品之 一，青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO，下列说法中 正确的是( ) A．青石棉是一种易燃品，且易溶于水 B．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O C．1mol Na2Fe5Si8O22(OH)2 与足量的硝酸作用，至少需消耗 8.5 L 2 mol/L HNO3 溶液 D．Na2Fe5Si8O22(OH)2 不能和氢氟酸作用 12．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高 活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可轻易制备出超高强度和超高耐久性能的高性能混凝土。关 于二氧化硅下列说法中正确的是（ ） 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．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸 C．由 CaCO3+SiO2 高温 CaSiO3+CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸强 D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 13．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 ②粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si+3HCl=SiHCl3+H2 ③SiHCl3 与过量 H2 在 1 100 ℃反应制得纯硅，已知 SiHCl3 能与 H2O 强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题： (1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为_____。 (2)粗硅与 HCl 反应完全后，经冷凝得到的 SiHCl3(沸点 33.0 ℃)中含有少量 SiCl4(沸点 57.6 ℃)和 HCl(沸点 -84.7 ℃)，提纯 SiHCl3 采用的方法为_____。 (3)用 SiHCl3 与过量 H2 反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)： ①装置 B 中的试剂是_____，装置 C 中的烧瓶需要加热，其目的是______。 ②反应一段时间后，装置 D 中观察到的现象是____， 装置 D 中发生反应的化学方程式为____。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及____。 ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是____(填写字 母代号)。 a.碘水 b.氯水 c.NaOH 溶液 d.KSCN 溶液 e.Na2SO3 溶液 14．碳、硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。 （1）SiO2 是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是_______（用化学方程 式表示）；Na2SiO3 可通过 SiO2 与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。 A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 （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路线，其中一 种工艺流程示意图及主要反应如下： ①用石英砂和焦炭在电弧炉中制粗硅，该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，有关物质的沸点数据如下 表，提纯 SiHCl3 的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_______。 物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸点/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9 ③SiHCl3 极易水解，其完全水解的化学方程式为_____________。 （3）某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去， 气密性已检验），实验操作步骤： Ⅰ.打开弹簧夹 1，关闭弹簧夹 2，并打开活塞 a，滴加盐酸。 Ⅱ.A 中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹 1，打开弹簧夹 2，，关闭活塞 a。 ①B 中反应的离子方程式是________。 ②通过步骤Ⅰ得知盐酸具有的性质是________（填字母）。 A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性 ③C 装置中的试剂 X 是________（写化学式）。D 中反应的化学方程式是________。 ④碳、硅的非金属性逐渐减弱的原因：碳和硅______。 15．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。工业上可用焦炭与石英砂(SiO2)的混合物在高温下与氯气反应生 成 SiCl4 和 CO，SiCl4 经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备 SiCl4 的装置示意图： 实验过程中，石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，SiCl4、AlCl3、FeCl3 遇水均易水解，有关物 质的物理常数见下表： 物质 SiCl4 AlCl3 FeCl3 沸点/℃ 57.7 — 315 熔点/℃ -70.0 — — 升华温度/℃ — 180 300 (1)装置 B 中的试剂是_______，装置 D 中制备 SiCl4 的化学方程式是______。 (2)D、E 间导管短且粗的作用是______。 (3)G 中吸收尾气一段时间后，吸收液中肯定存在 OH-、Cl-和 SO42-，请设计实验，探究该吸收液中可能存在 的其他酸根离子(忽略空气中 CO2 的影响)。 （提出假设）假设 1：只有 SO32-；假设 2：既无 SO32-也无 ClO-；假设 3：______。 （设计方案进行实验）可供选择的实验试剂有：3 mol/L H2SO4、1 mol/L NaOH、0.01 mol/LKMnO4、溴水、 淀粉-KI、品红等溶液。 取少量吸收液于试管中，滴加 3 mol/L H2SO4 至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于 a、b、c 三支试管中， 分别进行下列实验。请完成下表： 序号 操作 可能出现的现象 结论 ① 向 a 试管中滴加几滴_____溶液 若溶液褪色 则假设 1 成立 若溶液不褪色 则假设 2 或 3 成立 ② 向 b 试管中滴加几滴_____溶液 若溶液褪色 则假设 1 或 3 成立 若溶液不褪色 假设 2 成立 ③ 向 c 试管中滴加几滴_____溶液 _____ 假设 3 成立 16．硅及其化合物是重要的材料，应用范围很广。请回答下列问题： (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过 程示意图如下： ①用石英砂和焦炭高温加热时有碳化硅生成，该反应的化学方程式为______________。 ②写出由纯 SiHCl3 制备高纯硅的化学反应方程式：________________。 ③SiHCl3 遇水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和另一种物质，写出并配平该化学反应方程式：________________。 (2)水泥属于硅酸盐工业产品，是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO2，并含有一定量的铁、 铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示： 回答下列问题： ①在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是 _______________，还可使用_________代替硝酸。 ②沉淀 A 的主要成分是__________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为________。 ③加氨水过程中加热的目的是_______。沉淀 B 的主要成分为________、_______(写化学式)。 参考答案 例题 1、①③⑧⑫ 【解析】氟化氢和二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可以刻蚀玻璃，①正确；四氯化硅被氢气还原可以制 备单质硅，但 SiO2 与盐酸不反应，②错误；石英砂主要成分为 SiO2，可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶 硅，③正确；一个碱性氧化物，一个是酸性氧化物，所以可先用氢氧化钠溶液溶解，过滤，得氧化铁固体 和硅酸钠溶液，往硅酸钠溶液中加入盐酸，过滤，将所得沉淀加热即可得到二氧化硅，④错误；Si 可用于 制造半导体，SiO2 用于制造光导纤维，⑤错误；SiO2 和氢氟酸反应，没有生成盐和水，不是两性氧化物， ⑥错误；向 Na2SiO3 溶液中滴加稀盐酸的离子方程式为 SiO32－+2H+===H2SiO3↓，⑦错误；SiC 和 SiO2 都是 原子晶体，熔化断裂的是共价键，与化学键有关，⑧正确；因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧 易结合，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，⑨错误；依据元素周期律可知，硅的还原 性大于碳，反应能发生是因为产物中有 CO 气体生成，使平衡向右移动，⑩错误；二氧化碳和二氧化硅都属 于酸性氧化物，都能与 NaOH 溶液反应生成盐和水，⑪错误；盐酸与 SiO2 不反应，与 CaCO3 反应，⑫正 确。 例题 2、③⑤⑩ 【解析】硅在地壳中的含量为与氧元素之后居第二位，①错误；光导纤维的成分是 SiO2，②错误；普通玻 璃是硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）和二氧化硅（SiO2）等熔合而得到的物质，氢氟酸遇二氧化硅易 发生如下反应：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O，故玻璃瓶不能盛放氢氟酸，氢氟酸通常盛放在塑料瓶中，③正 确；SiO2 是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与水反应制取硅酸，④错误；H2SiO3 是一种弱酸，酸性 比碳酸还要弱，CO2 通入水玻璃发生的反应为：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3，⑤正确；水晶、 光导纤维的主要成分均是 SiO2，并不是硅酸盐，⑥错误；玻璃的成分主要是 SiO2 和硅酸盐，它是混合物， 无固定的熔、沸点，⑦错误；玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土，⑧错误；水玻璃易 与空气中的二氧化碳反应，⑨错误；盛放烧碱溶液的试剂瓶若使用玻璃塞封口，玻璃塞中的 SiO2 跟碱液反 应生成 Na2SiO3，而使瓶口和瓶塞黏结在一起，⑩正确。 【课时练习】 1．D【解析】A．氮化硅中各元素的原子最外层达到 8 电子稳定结构，Si 原子最外层电子数为 4，N 原子最 外层电子数为 5，要形成 8 电子稳定结构，则应有二者个数比值为 3：4，其化学式为 Si3N4，正确； B．SiC 为原子晶体，熔点高，硬度大，可用于做耐高温材料，正确； C．光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于新型无机非金属材料，正确； D．二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成 4 个硅氧单键，故硅原子和硅氧单键个数之比为 1：4，错误；答案 选 D。 2．D【解析】A 项、单质硅可以做半导体、硅芯片和太阳能电池，故 A 正确； B 项、水晶玛瑙的主要成分是二氧化硅，可以制作工艺品和饰品，故 B 正确； C 项、硅酸钠溶液可以用作木材的防火材料和防腐材料，故 C 正确； D 项、二氧化硅可制作光导纤维，太阳能电池的主要材料为单质硅，故 D 错误； 故选 D。 3．C【解析】A.二氧化硅与 NaOH 反应：SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O，生成了盐和水，SiO2 虽然能与 HF 反应：SiO2+4HF═SiF4↑+2H2O，但没有盐生成，二氧化硅不是两性氧化物，二氧化硅是酸性氧化物，故 A 错误； B.Na2CO3 溶液呈碱性，二氧化硅能与碱反应生成具有黏性的硅酸盐，使玻璃塞无法打开，故 B 错误； C. 硅胶吸水后，可通过加热的方式将水除去重复使用，C 正确； D.图中二氧化硅与氢氟酸、氢氧化钠、碳酸钠的反应，硅酸钠与盐酸的反应，硅酸钠与二氧化碳、水的反 应，硅酸的分解，元素的化合价都没有发生变化，是非氧化还原反应，故 D 错误； 答案选 C。 4．A【解析】A、HF 与 SiO2 反应生成 SiF4 气体，会腐蚀玻璃，A 正确； B、SiO2 与 HCI 不反应，B 错误； C、SiO2 只能与 HF 反应，不与其他酸反应，故不是两性氧化物，C 错误； D、Si 不能用于制造光导纤维，D 错误。 故选 A； 5．A【解析】A. ①②③均属于氧化还原反应，故 A 正确； B. ①②③均属于置换反应，故 B 错误； C. ①②③均属于氧化还原反应，故 C 错误； D. ③不属于复分解反应，故 D 错误； 故选 A。 6．A【解析】A．硅是良好的半导体材料，常用来制造太阳能材料，A 正确； B．粗硅制备单晶硅的反应为：SiO2+2C 高温 Si+2CO↑，为置换反应，是氧化还原反应，B 错误； C．反应：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑中，Si 为还原剂，H2O 为氧化剂，C 错误； D、硅只与 HF 反应，与盐酸不反应，D 错误； 答案选 A。 7．C【解析】①由于碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠，会有晶体析出，①符合题意； ②Na2SiO3 和稀硫酸反应，生成硅酸沉淀，硅酸不溶于水，也不溶于稀硫酸，②符合题意； ③石灰水和 CO2 气体反应，先生成碳酸钙沉淀，继续通入二氧化碳，生成碳酸氢钙，碳酸氢钙溶于水，③ 不符合题意； ④NaAlO2 溶液和 CO2 反应生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝不溶于水，也不溶于碳酸，④符合题意； 故本题选 C。 8．D【解析】A.Ca3SiO5 与 NH4Cl 反应的方程式为：Ca3SiO5+4NH4Cl ≜ CaSiO3+2CaCl2+4NH3↑+2H2O，A 正确； B.CaO 能与水反应，所以需要密封保存，B 正确； C.亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入到 Ca3SiO5 溶液时，发生反应：3SO2+H2O+ Ca3SiO5=3 CaSO3+H2SiO3，C 正确； D.盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与 Ca3SiO5 反应时，发生反应：6HCl+ Ca3SiO5=3CaCl2+H2SiO3+2H2O，D 不 正确； 故选 D。 9．D【解析】A．二氧化硅高温下与 C 反应生成 CO 气体，即步骤①的化学方程式为：SiO2+2C Si+2CO↑， 故 A 错误； B．步骤①中 Si 的化合价降低 4，转移电子数为 4mol，步骤②中生成 SiHCl3，化合价升高 2，步骤③中每生 成 1mol Si，转移 2mol 电子，故 B 错误； C．二氧化硅和硅均能与氢氟酸反应，故 C 错误； D．沸点相差 30℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离，则 SiHCl3(沸点 33.0 ℃)中含有少量的 SiCl4(沸 点 67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯 SiHCl3，故 D 正确； 故答案为 D。 10．D【解析】A．硅酸钠能将玻璃塞和试剂瓶粘结在一起而打不开，不能用磨口玻璃塞试剂瓶存放，故 A 错误； B．反应①Na2SiO3+H2O+CO2═Na2CO3+H2SiO3↓是强酸制弱酸，反应②Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑， 是高温下硅酸钠比碳酸钠稳定，原理不同，都可发生，两者不矛盾，故 B 错误； C．石英玻璃主要成分二氧化硅，是氧化物不是硅酸盐，故 C 错误； D．祖母绿的主要成分为 Be3Al2Si6O18，用氧化物的形式表示时书写顺序是：活泼金属氧化物、较不活泼金 属氧化物、二氧化硅、水，故可以表示为：3BeO•Al2O3•6SiO2，故 D 正确； 故选 D。 11．B【解析】A．青石棉属于硅酸盐，不易燃，也不溶于水，故 A 错误； B．青石棉中铁元素的化合价由+2 价和+3 价两种，根据原子守恒和化合价不变的思想，化学组成用氧化物 的形式可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H 2O，故 B 正确； C．青石棉用稀硝酸溶液处理时，亚铁离子被氧化为铁离子，硝酸被还原为一氧化氮，产物为 NaNO3、Fe(NO3)3、 NO、H2O、SiO2，1mol 该物质能和(2mol+5mol×3+1mol)=18molHNO3 反应，至少需消耗 9 L 2 mol/L HNO3 溶液，故 C 错误； D．青石棉能与氢氟酸反应生成四氟化硅，故 D 错误。 故选 B。 12．B【解析】A、二氧化硅是酸性氧化物，但不溶于水，故 A 错误； B、碳酸的酸性都强于硅酸，二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸沉淀，故 B 正确； C、反应只有在高温条件下才能进行，由于 CO2 是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但并不 能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强，故 C 错误； D、二氧化硅能够溶于氢氟酸，而不是不溶于任何酸，故 D 错误； 故选 B。 13．（ 1）SiO2+2C 高温 Si+2CO↑（2）蒸馏(3)①浓硫酸；使滴入烧瓶中的 SiHCl3 气化②有固体物质生成； SiHCl3+H2 Si+3HCl③排尽装置中的空气④bd 【解析】 本实验是利用 SiHCl3 和氢气反应制取纯硅，首先在装置 A 利用稀硫酸和锌粒反应制取氢气，SiHCl3 能与 H2O 强烈反应、在空气中易自燃，所以需要装置 B 中盛放浓硫酸将生成的氢气进行干燥、并用氢气排尽装置中 的空气；水浴加热装置 C，使 SiHCl3 挥发，和氢气一同进入石英管中在高温条件下反应制取纯硅。 (1)高温下，SiO2 和 C 反应生成 Si 和 CO，反应的化学方程式为 SiO2+2C 高温 Si+2CO↑； (2)沸点不同的液体混合物可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以采用蒸馏的方法分离； (3)①为防止 SiHCl3 与 H2O 强烈反应，需要干燥剂干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且不和氢气反应，所以装置 B 中可以盛放浓硫酸；加热装置 C 中烧瓶，升高温度能使 SiHCl3 气化，从而使 SiHCl3 和氢气在 D 中反应； ②D 中发生反应 SiHCl3+H2 Si+3HCl，Si 为固态，所以看到的现象是有固体物质生成； ③SiHCl3 能与 H2O 强烈反应、在空气中易自燃，且 Si 是亲氧元素，为防止 SiHCl3 自燃和 Si 被氧化，需要 排尽装置中的空气； ④若含铁单质，加入稀盐酸后溶液中应含 Fe2+；检验 Fe2+先加入 KSCN 溶液无明显现象，再加入氯水溶液 变红色即可，故选 b、d。 14．（ 1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；D（2）①SiO2＋3C 高温 SiC＋2CO↑②精馏(或蒸馏) ③SiHCl3+4H2O （或 3H2O） = H4SiO4(或 H2SiO3) +H2↑+3HCl↑④位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子能 力减弱，非金属性减弱。 【解析】（1）SiO2 是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应用橡胶塞的原因是玻璃中的二氧 化硅和氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠是矿物胶能把瓶口和瓶塞粘结在一起，发生反应的化学方程式为： SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O，需要用橡胶塞，Na2SiO3 可通过 SiO2 与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融 纯碱时下列坩埚可选用的是铁坩埚，玻璃、石英玻璃中的二氧化硅，氧化铝是两性氧化物，都和碱发生反 应，不能选择 ABC，故答案为：SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O；D； （2）①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反应中生成碳化硅，反应为：SiO2＋3C SiC＋2CO↑，故答 案为：SiO2＋3C SiC＋2CO↑； ②利用沸点的不同提纯 SiHCl3 属于蒸馏，SiHCl3（沸点 33.0℃）中含有少量 SiCl4（沸点 57.6℃）和 HCl（沸 点-84.7℃），由于沸点差别较大，可以通过精馏（或蒸馏）除去杂质，故答案为：精馏（或蒸馏）； ③SiHCl3 水解反应方程式为：SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl↑，故答案为： SiHCl3+3H2O═H2SiO3+H2↑+3HCl↑； ④由于碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱，所以碳、 硅的非金属性逐渐减弱。 15．（ 1）饱和食盐水；SiO2+2C+2Cl2 SiCl4+2CO（2）防止生成物中的 AlCl3，FeCl3 等杂质凝结成固体 堵塞导管（3）只有 ClO-；0.01 mol/L KMnO4 溶液(或溴水)；品红；淀粉-KI；若溶液变为蓝色 【解析】制备四氯化硅的实验流程：A 中发生二氧化锰与浓盐酸的反应生成氯气，B 中饱和食盐水除去 Cl2 中杂质 HCl，C 装置中浓硫酸干燥氯气，D 中发生 Si 与氯气的反应生成四氯化硅，由信息可知，四氯化硅 的沸点低，则 E 装置冷却可收集四氯化硅，F 可防止 F 右端的水蒸气进入装置 E 中与四氯化硅反应，造成产 物不纯，最后 G 处理含氯气的尾气。据此解答。 (1)装置 A 是氯气发生装置，A 中二氧化锰与浓盐酸在加热条件下反应生成氯化锰、氯气和水，其离子方程 式为 MnO2+4H++2Cl- Mn2++2H2O+Cl2↑；浓盐酸具有挥发性，所以制取得到的 Cl2 中含有杂质 HCl 及水 蒸气，装置 B 的作用是除去杂质 HCl，结合 Cl2 与水的反应是可逆反应的特点，装置 B 使用的试剂是饱和食 盐水，用以除去杂质 HCl；在 D 装置中二氧化硅、碳和氯气反应生成四氯化硅和一氧化碳，反应为： SiO2+2C+2Cl2 SiCl4+2CO； (2)石英砂中的杂质 Fe、Al 会与 Cl2 反应产生 FeCl3、AlCl3，这两种物质的熔沸点比较高，在室温下成固态， D、E 间导管短且粗就可防止生成物中的 AlCl3，FeCl3 等杂质凝结成固体堵塞导管； (3)由假设 1 和假设 2 可知，要检测的为 SO32-和 ClO-，故假设 3 为只有 ClO-，又因为 SO32-具有还原性，会 使 KMnO4 溶液(或溴水)褪色，而 ClO-不会，所以可以用 0.01 mol/L KMnO4 溶液(或溴水)来检测，证明假设 1 成立；SO32-与硫酸反应产生 H2SO3，H2SO3 分解产生的 SO2 和 ClO-具有漂白性，会使品红溶液褪色，所以 可以用品红溶液来检测假设 2 是否成立；ClO-具有氧化性，可以氧化 KI 反应生成碘单质，碘单质遇到淀粉 边蓝色，若溶液变为蓝色，证明含有 ClO-，否则不含有 ClO-，因此可以使用淀粉-KI 溶液用来检测假设 3 是否成立。 16．(1)①SiO2+3C == 高 温 SiC+2CO↑②SiHCl3+H2 1084 == ℃ Si+3HCl③SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑(2)①将样品 中可能存在的 Fe2+氧化为 Fe3+ H2O2②SiO2 ；SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O③防止胶体生成，易沉淀分离； Al(OH)3、Fe(OH)3 【解析】(1)①用石英砂和焦炭高温加热时有碳化硅生成，该反应的化学方程式为：SiO2+3C SiC+2CO↑； ②纯 SiHCl3 和氢气反应生成硅和氯化氢，化学反应方程式：SiHCl3+H2 Si+3HCl ③SiHCl3 遇水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和氢气，反应方程式：SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑ (2)①铁离子在 pH 较小时易生成沉淀，加入硝酸可氧化亚铁离子生成铁离子，为避免引入新杂质，还可用过 氧化氢代替硝酸，故答案为：将样品中可能存在的 Fe2+氧化为 Fe3+；H2O2； ②由以上分析可知沉淀 A 为 SiO2，不溶于强酸但可与一种弱酸反应，应为与 HF 的反应，方程式为 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，故答案为：SiO2；SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O； ③滴加氨水，溶液呈碱性，此时不用考虑盐类水解的问题，加热的目的是防止生成胶体而难以分离，生成 的沉淀主要是 Al(OH)3、Fe(OH)3，故答案为：防止胶体生成，易沉淀分离；Al(OH)3、Fe(OH)3。