2021學(xué)年第四章 非金屬及其化合物第一節(jié) 無機非金屬材料的主角--硅學(xué)案

這是一份2021學(xué)年第四章 非金屬及其化合物第一節(jié) 無機非金屬材料的主角--硅學(xué)案，共16頁。學(xué)案主要包含了硅元素的存在與二氧化硅，硅酸，硅酸鹽，硅單質(zhì)等內(nèi)容，歡迎下載使用。

一、硅元素的存在與二氧化硅
1．硅元素的存在和原子結(jié)構(gòu)
2．二氧化硅
(1)存在
石英、水晶、瑪瑙、光導(dǎo)纖維、沙子的主要成分是SiO2。
(2)結(jié)構(gòu)
SiO2晶體是由Si和O按1∶2的比例組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，每個Si與4個O結(jié)合，每個O與2個Si結(jié)合。
(3)物理性質(zhì)
熔點：高；硬度：大；溶解性：難溶于水。
(4)化學(xué)性質(zhì)
(5)用途
(1)(情境思考)光導(dǎo)纖維被認為是20世紀最偉大的發(fā)明之一，它使信息高速公路在全球迅猛發(fā)展。光導(dǎo)纖維的主要成分是什么？堿性環(huán)境下，光導(dǎo)纖維為什么會失去傳播信號的能力？
提示：光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2。堿性條件下，SiO2與堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水，光導(dǎo)纖維會失去傳播信號的能力。
(2)(教材二次開發(fā))教材中描述“SiO2是酸性氧化物”，酸性氧化物與堿反應(yīng)生成鹽和水，SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，SiO2為什么不屬于兩性氧化物？
提示：SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，但并不生成鹽和水，這只是SiO2的一個特性，SiO2屬于酸性氧化物。
二、硅酸
1．硅酸的制備
2.性質(zhì)
3．硅膠
(1)(情境思考)“瑪瑙”早期被書寫成“馬腦”。因“色如馬腦，故從彼名”。自佛經(jīng)傳入中國后，翻譯人員考慮到“馬腦屬玉石類”，于是巧妙地譯成“瑪瑙”。
瑪瑙的主要成分為二氧化硅，由于與水化二氧化硅(硅酸)交替而常重復(fù)成層。因其夾雜氧化金屬，顏色可從極淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸？
提示：二氧化硅不與水反應(yīng)，故應(yīng)先與堿(如NaOH溶液)反應(yīng)生成硅酸鹽，再與酸(如鹽酸)反應(yīng)生成硅酸。
(2)(教材二次開發(fā))教材中描述“硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸的還弱”，如何證明H2SiO3的酸性比H2CO3弱？
提示：向Na2SiO3溶液中通入CO2，若生成白色沉淀，則證明酸性：H2CO3＞H2SiO3。
三、硅酸鹽
1．定義：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。
2．性質(zhì)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
3．表示：通常以二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如，
(1)Na2SiO3：Na2O·SiO2。
(2)長石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。
(3)鎂橄欖石(Mg2SiO4)：2MgO·SiO2。
4．最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3
5．三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品
6.其他含硅物質(zhì)(連一連)
(1)Na2SiO3溶液很穩(wěn)定，在空氣中放置不會變質(zhì)。這種說法是否正確？
提示：不正確。Na2SiO3溶液與空氣中CO2反應(yīng)生成硅酸沉淀。
(2)制玻璃和水泥的共同原料有什么？
提示：石灰石。制玻璃的原料是純堿、石灰石、石英砂；制水泥的原料是石灰石、黏土。
(3)(情境思考)古籍記載中的石棉稱之為火浣布，《列子》書中記載：“火浣之布，浣之必投于火，布則火色、垢則布色，出火而振之，皓然凝乎雪”，說的是石棉纖維制作的織物，因污染后經(jīng)火燒即潔白如新。青石棉是石棉的一種，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉的化學(xué)組成用氧化物可表示為什么形式？
提示：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O。
四、硅單質(zhì)
1．形態(tài)和結(jié)構(gòu)
2．性質(zhì)
(1)物理性質(zhì)
(2)化學(xué)性質(zhì)
(3)工業(yè)制備
(4)用途
(1)判斷下列說法是否正確。
①硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧? √ )
提示：硅可用于制造太陽能電池。
②硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在，地殼中含量居于第二位( × )
提示：硅在自然界中主要以化合物形式存在。
(2)(知識前后串聯(lián))鋁與NaOH溶液反應(yīng)鋁失電子，H2O中H得電子生成氫氣，硅與NaOH溶液反應(yīng)的原理是什么？標出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。
提示：在硅與NaOH溶液的反應(yīng)中，還原劑是硅，氧化劑是水，該反應(yīng)可理解為分兩步進行。首先，硅與水反應(yīng)生成H2SiO3和H2：Si＋3H2O===H2SiO3＋2H2↑；然后，H2SiO3與NaOH反應(yīng)：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。當標電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目時，應(yīng)表示為
知識點一 CO2和SiO2深度對比
(1)(思維升華)為什么實驗室盛放NaOH溶液的試劑瓶要用橡膠塞而不能用玻璃塞？(宏觀辨識與微觀探析)
提示：當玻璃瓶配玻璃塞時，瓶口內(nèi)壁和瓶塞外壁都進行了磨砂處理。玻璃中含SiO2，磨砂玻璃遇到強堿如NaOH溶液時，SiO2與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3，使試劑瓶受腐蝕；Na2SiO3溶液有良好的粘結(jié)性，它易使瓶口與瓶塞粘在一起而難以開啟。故使用橡膠塞而不能使用玻璃塞。
(2)(情境應(yīng)用)現(xiàn)有硅酸鈉、石灰石、二氧化硅三種白色粉末，只用一種試劑就可以將它們鑒別開來，請考慮選擇什么試劑合適？(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)
提示：鹽酸、硝酸等。硅酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)會出現(xiàn)白色膠狀沉淀，后兩種與鹽酸反應(yīng)分別出現(xiàn)氣泡和無明顯現(xiàn)象，可以鑒別。
(3)(教材二次開發(fā))制備熔融燒堿時應(yīng)選用的器皿可以是石英坩堝、普通玻璃坩堝、瓷坩堝嗎？可選擇什么材質(zhì)的坩堝？
提示：石英坩堝、普通玻璃坩堝以及瓷坩堝的成分中都含有SiO2，不能用于制備熔融燒堿?？蛇x擇生鐵坩堝。
【典例】下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是( )
A．CO2、SiO2都能與堿及堿性氧化物反應(yīng)
B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸
C．SiO2可用來制作干燥劑，因SiO2可與水反應(yīng)
D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的
【解題指南】解答本題注意以下兩點：
(1)二氧化碳、二氧化硅的構(gòu)成不同。
(2)二氧化碳和二氧化硅所屬類別相同，但性質(zhì)存在很大差異。
【解析】選A。CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應(yīng)，故A正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應(yīng)生成硅酸，B不正確；硅膠可用作干燥劑，但SiO2不與水反應(yīng)，C不正確；CO2是由分子構(gòu)成的，SiO2是由Si、O原子直接構(gòu)成的，D不正確。
【母題追問】(1)實驗室能否用玻璃瓶保存氫氟酸？
提示：不能。因為氫氟酸腐蝕玻璃，和玻璃中的成分SiO2反應(yīng)。
(2)常見的由原子構(gòu)成的物質(zhì)有哪些？
提示：Si、SiO2、SiC、金剛石等。
(2021·合肥高一檢測) 北京時間2020年10月27日至29日，全球光纖光纜行業(yè)的頂級盛會——2020年世界光纖光纜大會召開。共話后疫情時代全球纖纜產(chǎn)業(yè)發(fā)展。光纜的主要成分為SiO2。下列敘述正確的是( )
A．CO2與SiO2都能跟H2O反應(yīng)生成相應(yīng)的酸
B．SiO2與CO2都不能與酸反應(yīng)
C．SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)
D．水晶的主要成分是SiC
【解析】選C。A項，CO2與水反應(yīng)，SiO2不與水反應(yīng)，也不溶于水；B項，SiO2為酸性氧化物，能與HF反應(yīng)，但CO2不與酸反應(yīng)；C項，SiO2、CO2均能與NaOH溶液反應(yīng)：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；D項，水晶是純凈的SiO2，SiC俗稱金剛砂。
知識點二 硅及其化合物的特殊性質(zhì)和轉(zhuǎn)化
1．硅及其化合物的特殊性質(zhì)
(1)硅單質(zhì)的特殊性
①Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高溫)) Si＋2CO↑；
②非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si與堿液作用卻放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；
③非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
④非金屬單質(zhì)大多為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。
(2)含硅化合物的特殊性
①SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3；
②酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；
③無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水；
④因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生。
2．硅及其化合物的轉(zhuǎn)化
發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：
①Si＋O2 eq \(=====,\s\up7(△)) SiO2；
②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；
③CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓；
④H2SiO3 eq \(=====,\s\up7(△)) SiO2＋H2O；
⑤SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高溫)) Si＋2CO↑。
1．(情境應(yīng)用)金剛砂又名碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟的一種。關(guān)于工業(yè)制金剛砂的反應(yīng)：SiO2＋3C eq \(=====,\s\up7(高溫)) SiC＋2CO↑，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比是多少？
提示：1∶2。由價態(tài)變化知該反應(yīng)是單質(zhì)碳自身的氧化還原反應(yīng)，作為氧化劑和還原劑的碳的物質(zhì)的量之比為1∶2。
2．(思維升華)將足量CO2氣體通入Na2SiO3溶液中，然后加熱蒸干所得溶液，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是什么？
提示：Na2SiO3。發(fā)生反應(yīng)：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3，H2SiO3 eq \(=====,\s\up7(△)) H2O＋SiO2，2NaHCO3 eq \(=====,\s\up7(△)) Na2CO3＋CO2↑＋H2O，SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Na2SiO3＋CO2↑。各物質(zhì)間存在如下關(guān)系：H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2，2NaHCO3～Na2CO3～SiO2。由上述關(guān)系可知，最后所得的固體物質(zhì)是Na2SiO3。
【典例1】(2020·揭陽高一檢測)能證明碳酸的酸性比硅酸強的事實是( )
A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水反應(yīng)生成硅酸
B．在高溫條件下，SiO2和CaCO3能發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋CaCO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) CaSiO3＋CO2↑
C．SiO2熔點比CO2高
D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色膠狀沉淀，所生成的H2SiO3逐漸聚合而形成硅酸溶膠
【解題指南】解答本題需注意以下三點：
(1)比較酸性的強弱，必須是在通常情況下發(fā)生的反應(yīng)。
(2)物理性質(zhì)與酸性的強弱無關(guān)。
(3)通常情況下發(fā)生反應(yīng)：
較強酸＋較弱酸的鹽＝較強酸的鹽＋較弱酸。
【解析】選D。SiO2與CO2的結(jié)構(gòu)不同，SiO2為正四面體結(jié)構(gòu)，熔沸點高，硬度大，既不溶于水也不與水反應(yīng)生成H2SiO3，但不能由此證明H2CO3酸性比H2SiO3強，A、C錯；反應(yīng)SiO2＋CaCO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) CaSiO3＋CO2↑是在高溫下進行，因為CO2為氣體，能脫離反應(yīng)體系而使反應(yīng)得以進行，所以不能由此證明H2CO3與H2SiO3的酸性強弱；CO2通入Na2SiO3溶液生成H2SiO3，符合強酸制弱酸規(guī)律，符合題意。
【母題追問】(1)上題B項中反應(yīng)是哪類工業(yè)生產(chǎn)中的主要反應(yīng)？
提示：玻璃工業(yè)。玻璃制備的主要反應(yīng)為：
SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Na2SiO3＋CO2↑，
SiO2＋CaCO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) CaSiO3＋CO2↑。
(2)SiO2不能跟水直接反應(yīng)生成硅酸，請設(shè)計由SiO2制備硅酸的流程。
提示：
【典例2】為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱，某學(xué)生設(shè)計了如圖所示的裝置，一次實驗即可達到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請據(jù)此回答：
(1)錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應(yīng)為________________。
(2)裝置B所盛的試劑是______________________________________________，
其作用是___________________________________________________________。
(3)裝置C所盛試劑是________________________________________________，
C中反應(yīng)的離子方程式是_____________________________________________。
(4)由此得到結(jié)論，酸性：________＞________＞_________。
【解題指南】解答本題注意以下兩點：
(1)明確三種酸酸性強弱的大小。
(2)根據(jù)酸性強弱明確每個裝置的作用，但注意酸的揮發(fā)性對后續(xù)實驗的影響。
【解析】根據(jù)強酸＋弱酸鹽―→弱酸＋強酸鹽分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，A中盛放Na2CO3，根據(jù)Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑可以知道酸性HCl強于H2CO3；然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反應(yīng)為Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判斷酸性H2CO3＞H2SiO3。但需注意的是A中反應(yīng)會有HCl氣體逸出，通入Na2SiO3溶液前需將HCl吸收，但不能吸收CO2，故可選用飽和NaHCO3溶液。
答案：(1)鹽酸 (2)飽和NaHCO3溶液 吸收HCl氣體 (3)Na2SiO3溶液 SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) (4)HCl H2CO3 H2SiO3
【母題追問】(1)向某溶液中滴加HCl若產(chǎn)生白色沉淀，溶液中可能含有哪些離子？
提示：Ag＋、SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ；AgCl和H2SiO3均是不溶于鹽酸的白色沉淀。
(2)能否利用反應(yīng)Na2CO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Na2SiO3＋CO2↑證明H2CO3的酸性強于H2SiO3?
提示：不能。酸性強弱的比較必須在水溶液中進行，該反應(yīng)是在高溫下進行，產(chǎn)物是CO2，不能證明H2CO3和H2SiO3的酸性強弱。
1．下列說法正確的是( )
A．只有金屬與酸反應(yīng)才產(chǎn)生H2
B．由SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高溫)) Si＋2CO↑可知，碳的還原性強于硅
C．能與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2的只有Si單質(zhì)
D．Si和SiO2都能與HF溶液反應(yīng)生成SiF4
【解析】選D。硅可與HF溶液發(fā)生反應(yīng)生成H2，A項錯誤；硅的還原性強于碳，B項錯誤；金屬Al也能與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2，C項錯誤。
2．(2020·蕪湖高一檢測)下列關(guān)于硅酸的說法正確的是( )
A．硅酸可以通過SiO2和水的化合反應(yīng)直接制得
B．用反應(yīng)Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸是利用了強酸制弱酸的性質(zhì)
C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng)
D．硅膠不可用作袋裝食品的干燥劑
【解析】選B。SiO2和H2O不反應(yīng)，A項錯；硅酸與NaOH溶液可以反應(yīng)，C項錯。硅膠能吸水，可以作為食品的干燥劑，D項錯。
3．工業(yè)上制備高純硅有多種方法，其中的一種工藝流程如下：
已知：流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，除SiCl4外，還有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等。下列說法正確的是( )
A．電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為C＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高溫)) CO2↑＋Si
B．SiCl4進入還原爐之前需要經(jīng)過蒸餾提純
C．每生產(chǎn)1 ml高純硅，需要44.8 L Cl2(標準狀況)
D．該工藝Si的產(chǎn)率高，符合綠色化學(xué)要求
【解析】選B。二氧化硅與碳在高溫下生成粗硅和一氧化碳，電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為2C＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高溫)) 2CO↑＋Si，選項A錯誤；SiCl4進入還原爐之前在流化床反應(yīng)器中除SiCl4外，還有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，需要利用相互溶解的物質(zhì)沸點不同，經(jīng)過蒸餾提純，選項B正確；根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系Si→SiCl4→Si，每生產(chǎn)1 ml高純硅，需要22.4 L Cl2(標準狀況)，選項C錯誤；該工藝中產(chǎn)生氯化氫氣體且有氯氣的參與，容易引起空氣污染，不符合綠色化學(xué)要求，選項D錯誤。
三言兩語話重點
1．熟記兩種物質(zhì)的用途：SiO2制光導(dǎo)纖維；Si——半導(dǎo)體材料、太陽能電池材料。
2．牢記三種物質(zhì)的性質(zhì)：SiO2——酸性、氧化性；
H2SiO3——酸性、不穩(wěn)定性；Si——與HF、F2、NaOH反應(yīng)。
3．理解硅酸鹽的表示方法：金屬氧化物·SiO2·H2O。
4．記住物質(zhì)成分(玻璃)：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。
1．我國已跨入“互聯(lián)網(wǎng)＋”時代，而“互聯(lián)網(wǎng)＋”的建設(shè)離不開無機非金屬材料硅。下列物品中用到硅單質(zhì)的是( )
A．陶瓷餐具 B．石英鐘表
C．計算機芯片 D．光導(dǎo)纖維
【解析】選C。陶瓷餐具是硅酸鹽產(chǎn)品，主要成分為硅酸鹽，A錯誤；石英主要成分為二氧化硅，不是硅單質(zhì)，B錯誤；硅單質(zhì)是半導(dǎo)體材料，可以制計算機芯片，C正確；光導(dǎo)纖維主要成分為二氧化硅，是硅的氧化物，不是單質(zhì)硅，D錯誤。
2．用膠頭滴管向用石蠟圍成的“Spark”凹槽內(nèi)注入某溶液，即可在玻璃上刻蝕出“Spark”的字樣，則該溶液是( )
A.鹽酸 B．氫氟酸 C．燒堿 D．飽和食鹽水
【解析】選B。能腐蝕玻璃的是氫氟酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
3．(2020·康定高一檢測)“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是( )
A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品
B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂
C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高
D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
【解析】選C。陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項錯誤；純堿、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B項錯誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高，C項正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。
4．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了”。下列有關(guān)普通玻璃的說法不正確的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英砂
B．玻璃在加熱熔化時有固定的熔點
C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅
D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起
【解析】選B。普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融制得，A正確。玻璃是混合物，沒有固定的熔點，B錯誤。普通玻璃的大致組成為Na2O·CaO·6SiO2，C正確。二氧化硅易與堿液反應(yīng)生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很強的粘結(jié)性，因此盛NaOH等強堿溶液的試劑瓶不得用玻璃塞。
5．(教材二次開發(fā)·教材習(xí)題改編)單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)材料。一個電腦芯片上可集成10億個晶體管，其功能遠比我們想象的要大得多，這對硅的純度要求很高。
化學(xué)方法可制得高純度硅，其化學(xué)方程式為
①SiO2＋2CSi＋2CO↑；
②Si＋2Cl2 eq \(=====,\s\up7(△)) SiCl4；
③SiCl4＋2H2 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Si＋4HCl。
下列有關(guān)上述三個反應(yīng)的敘述，不正確的是( )
A．①③為置換反應(yīng)
B．②為化合反應(yīng)
C．①②③均為氧化還原反應(yīng)
D．三個反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原
【解析】選D。反應(yīng)①③中硅元素被還原，反應(yīng)②中硅元素被氧化，D項錯誤。
素養(yǎng)新思維
6．500多年前，一艘載著天然蘇打晶體(Na2CO3·10H2O)的商船在航行中擱淺，船員們便在附近的沙灘上用幾塊蘇打晶體支鍋煮飯。之后他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，在蘇打與沙粒接觸的地方出現(xiàn)了許多晶瑩發(fā)亮的珠子。回答下列問題：
(1)沙灘上沙粒的主要成分為___________________________________________ (填化學(xué)式)。
(2)上述晶瑩發(fā)亮的珠子可能是________(填字母)。
A．水晶顆粒 B．無水碳酸鈉
C．晶體硅 D．玻璃珠
(3)生成該珠子時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________。
(4)氫氟酸常用作玻璃的蝕刻劑，原因是______________________________ (用化學(xué)方程式表示)。
【解析】(1)沙灘上沙粒的主要成分為SiO2。(2)由于沙子的主要成分是SiO2，高溫下能與Na2CO3反應(yīng)，生成的Na2SiO3和SiO2熔合成的晶瑩發(fā)亮的固體是玻璃的成分。(3)珠子是由SiO2在高溫下與Na2CO3反應(yīng)，生成Na2SiO3，生成的Na2SiO3和SiO2熔合成晶瑩發(fā)亮的珠子，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Na2SiO3＋CO2↑。(4)氫氟酸常用作玻璃的蝕刻劑，原因為它能與SiO2反應(yīng)，其反應(yīng)化學(xué)方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
答案：(1)SiO2 (2)D (3)SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(△)) Na2SiO3＋CO2↑ (4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O實驗
操作
實驗
現(xiàn)象
滴加酚酞溶液后溶液呈紅色，滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)闊o色，有白色絮狀沉淀生成
結(jié)論
Na2SiO3溶液呈堿性；可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)可以制得硅酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
硅酸鹽
產(chǎn)品
原料
主要設(shè)備
主要成分
水泥
石灰石、
黏土
水泥回
轉(zhuǎn)窯
3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
玻璃
純堿、石灰
石、石英砂
玻璃窯
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
黏土
硅酸鹽
色、態(tài)
光澤
熔點
硬度
質(zhì)地
導(dǎo)電性
灰黑色固體
金屬光澤
高
大
脆
半導(dǎo)體
化學(xué)式
CO2
SiO2
構(gòu)成
CO2分子
1個Si周圍有4個O，1個O周圍有2個Si，呈空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無SiO2分子
物理性質(zhì)
氣體，熔、沸點低，溶于水
固體，熔、沸點高，硬度大，不溶于水
與堿性氧化物反應(yīng)
CaO＋CO2===
CaCO3
CaO＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高溫)) CaSiO3
與堿溶液反應(yīng)
2NaOH＋CO2
===Na2CO3＋H2O
SiO2＋2NaOH===
Na2SiO3＋H2O
與鹽反應(yīng)
Na2SiO3＋CO2＋H2O===
Na2CO3＋H2SiO3↓
SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高溫))
Na2SiO3＋CO2↑
與碳反應(yīng)
C＋CO2 eq \(=====,\s\up7(△))
2CO
2C＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高溫)) Si＋2CO↑
與H2O
作用
CO2＋H2O
H2CO3
與水不反應(yīng)
與酸反應(yīng)
不反應(yīng)
只與氫氟酸反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
用途
干冰用于人工降雨，合成肥料
制飾品、實驗室里的坩堝、光導(dǎo)纖維