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化学必修 第一册第二单元 物质的化学计量课后复习题
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这是一份化学必修 第一册第二单元 物质的化学计量课后复习题，共7页。
第三单元 含硅矿物与信息材料
目标与素养：1.了解硅在自然界中的存在形式，了解硅及其化合物的性质与应用。(宏观辨识与微观探析)2.知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。(宏观辨识与微观探析)3.以自然界存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。(宏观辨识与微观探析)
一、硅酸盐矿物与硅酸盐产品
1．硅酸钠
Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”或“泡花碱”。是建筑行业的一种黏合剂，用水玻璃浸泡的木材、纺织品既耐腐蚀又不易着火。Na2SiO3水溶液呈碱性，能与酸反应，离子方程式为SiOeq \\al(2－,3)＋2H＋===H2SiO3↓。
2．氧化物表示硅酸盐
组成相对复杂的硅酸盐，用氧化物的形式表示其组成。如锆石：ZrO2·SiO2、红柱石：Al2O3·SiO2、镁橄榄石：2MgO·SiO2等。
3．硅酸盐产品
三种硅酸盐产品比较
特别提醒：用氧化物的形式表示硅酸盐组成的方法
(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和氧化物组合)。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)氧化物之间以“·”隔开。
(3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。
(4)书写原则：硅酸盐中各元素化合价及原子个数比保持不变。
二、二氧化硅与信息材料
1．二氧化硅
(1)存在
沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。
(2)二氧化硅的物理性质和用途
SiO2是一种熔、沸点很高，硬度很大的氧化物，除可用于制作光学镜片、石英坩埚外，还可用于制造光导纤维。
(3)化学性质
2．信息材料的主角——硅
(1)性质
硅晶体的熔、沸点都很高，硬度也很大，是一种半导体材料。与氧气、氯气、硝酸、硫酸都很难发生反应。
(2)硅的工业制备
1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时，为什么生成CO而不是CO2?
[提示] 制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：C＋CO2eq \(=====,\s\up8(△))2CO，故产物是CO而不是CO2。
2．在焦炭与SiO2制取粗硅的反应中，还原剂和还原产物分别是什么？
[提示] 焦炭；硅。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)Si是光导纤维的主要成分，SiO2是半导体材料(×)
(2)硅酸钠可以改写为Na2O·SiO2 ，故硅酸钠是混合物(×)
(3)硅元素在自然界中既有游离态，又有化合态(×)
(4)二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
(×)
2．下列关于硅酸盐产品的说法正确的是( )
A．玻璃、水泥属于硅酸盐产品，陶瓷不属于硅酸盐产品
B．普通玻璃的组成可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2
C．生产水泥的主要原料是纯碱、石灰石和石英
D．生产玻璃的主要原料是黏土、石灰石
B [陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品；普通玻璃的组成不仅可用Na2O·CaO·6SiO2表示，还可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2；生产水泥的主要原料是黏土、石灰石；生产玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。]
3．黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。请回答下列问题：
(1)黏土的主要成分的化学式为Al2Si2Ox(OH)4，其中x的值是________，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为___________________。
(2)在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有________，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是___________________________________________________________________
________________________________________________________(用化学方程式表示)。
[解析] (1)根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得3×2＋4×2＋(－2)×x＋(－1)×4＝0，x＝5；黏土的主要成分以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。
(2)传统硅酸盐产品有水泥、玻璃和陶瓷，故水泥厂、玻璃厂属于硅酸盐工业；生产雕花玻璃是利用氢氟酸对玻璃的腐蚀性，即：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
[答案] (1)5 Al2O3·2SiO2·2H2O (2)水泥厂、玻璃厂 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
1.单质硅的特性
(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up8(高温))Si＋2CO↑。
(2)C与碱液、酸液一般不反应，但Si能与碱液，氢氟酸反应且放出H2。
(3)非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。
2．二氧化硅的“四个特性”
(1)一般情况，非金属氧化物熔、沸点低，硬度小，但二氧化硅熔、沸点高，硬度大。
(2)一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐)。
(3)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up8(高温))Na2SiO3＋CO2↑也能发生(CO2离开反应体系)。
(4)一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O===H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。
3．硅酸
(1)酸一般易溶于水，但硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色。
①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3eq \(=====,\s\up8(△))SiO2＋H2O。
②硅酸能与强碱溶液反应：2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O。
(2)制备方法：若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式是Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
下列说法中正确的是( )
A．浓硫酸可刻蚀石英艺术品
B．硅胶可作袋装食品的干燥剂
C．SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应
D．如右图，若①②③中分别盛有浓硝酸、Na2CO3、Na2SiO3溶液，则可得出结论：酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸
B [二氧化硅只与氢氟酸反应而不与浓H2SO4、浓盐酸反应，A、C两项错误；硅胶多孔、吸附水分能力强，可用作袋装食品的干燥剂，B项正确；由于浓HNO3易挥发，所以③中的白色沉淀可能是挥发出的HNO3与Na2SiO3溶液反应所致，不能得出相关的酸性强弱的结论， D项错误。]
(1)保存NaOH溶液的试剂瓶为什么不能用玻璃塞？
[提示] 玻璃中含有SiO2，能和NaOH发生反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成的Na2SiO3有黏性，将瓶口和瓶塞黏结。所以保存NaOH溶液的试剂瓶不用玻璃塞，一般用木塞或橡胶塞。
(2)Na2SiO3为什么必须密封保存？
[提示] Na2SiO3会吸收空气中的CO2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
SiO2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是( )
A．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
B．SiO2＋CaOeq \(=====,\s\up8(高温))CaSiO3
C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
D．SiO2＋4HCl===SiCl4＋2H2O
D [SiO2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D项不正确。]
1．下列关于硅酸的叙述中错误的是( )
A．硅酸是一种很弱的酸
B．硅酸不稳定，加热脱水会产生二氧化硅
C．硅酸可由二氧化硅与水反应制得
D．硅酸应由可溶性硅酸盐与盐酸或二氧化碳反应制得
C [虽然SiO2是硅酸的酸酐，但因难溶于水且不跟水反应，所以不能用SiO2与H2O反应制H2SiO3，C错。]
2．下列关于玻璃的叙述正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英
B．普通玻璃的主要成分不是二氧化硅
C．玻璃是几种成分熔化在一起的晶体，有固定的熔点
D．过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃
D [普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，是一种混合物，没有固定的熔点。]
3．可以用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，如Na2SiO3可以写成Na2O·SiO2。下列表示不正确的是( )
A．钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·3SiO2
C．正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·6SiO2
D．高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
B [Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2。]
4．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：
二氧化硅eq \(――→,\s\up8(①焦炭),\s\d10(高温))粗硅eq \(――→,\s\up8(②干燥HCl),\s\d10(300 ℃))SiHCl3eq \(――→,\s\up8(③过量H2),\s\d10(1 000 ℃))纯硅
关于上述反应的分析不正确的是( )
A．3个反应都是置换反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 ml电子
D．提纯SiHCl3采用的方法是分液
D [高温下焦炭能将SiO2还原为Si，H2能将SiHCl3还原为Si，B项正确；硅在化合物中显＋4价，消耗或生成1 ml Si，则转移4 ml 电子，C项正确；SiHCl3中含有少量的SiCl4(和HCl)，它们的沸点有明显差异，用蒸馏(或分馏)的方法提纯，D项不正确。]
5．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下图所示。A为地壳中非金属含量处于第二位的元素的单质。
请填空：
(1)单质A的原子的结构示意图为________，它在化合物中的最高化合价为________。
(2)B的化学式为________。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_______________。
[解析] 由题意可知：A为Si，B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。
[答案] (1) ＋4
(2)SiO2 SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up8(高温))Si＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na2SiO3硅酸盐
产品
生产原料
主要设备
主要成分
水泥
石灰石、
黏土
水泥回
转窑
硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙
石膏：调节水泥的硬化速率
玻璃
纯碱、石灰
石、石英
玻璃
熔炉
Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
黏土
－
－
硅及其化合物的特性
第三单元 含硅矿物与信息材料
目标与素养：1.了解硅在自然界中的存在形式，了解硅及其化合物的性质与应用。(宏观辨识与微观探析)2.知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。(宏观辨识与微观探析)3.以自然界存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。(宏观辨识与微观探析)
一、硅酸盐矿物与硅酸盐产品
1．硅酸钠
Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”或“泡花碱”。是建筑行业的一种黏合剂，用水玻璃浸泡的木材、纺织品既耐腐蚀又不易着火。Na2SiO3水溶液呈碱性，能与酸反应，离子方程式为SiOeq \\al(2－,3)＋2H＋===H2SiO3↓。
2．氧化物表示硅酸盐
组成相对复杂的硅酸盐，用氧化物的形式表示其组成。如锆石：ZrO2·SiO2、红柱石：Al2O3·SiO2、镁橄榄石：2MgO·SiO2等。
3．硅酸盐产品
三种硅酸盐产品比较
特别提醒：用氧化物的形式表示硅酸盐组成的方法
(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和氧化物组合)。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)氧化物之间以“·”隔开。
(3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。
(4)书写原则：硅酸盐中各元素化合价及原子个数比保持不变。
二、二氧化硅与信息材料
1．二氧化硅
(1)存在
沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。
(2)二氧化硅的物理性质和用途
SiO2是一种熔、沸点很高，硬度很大的氧化物，除可用于制作光学镜片、石英坩埚外，还可用于制造光导纤维。
(3)化学性质
2．信息材料的主角——硅
(1)性质
硅晶体的熔、沸点都很高，硬度也很大，是一种半导体材料。与氧气、氯气、硝酸、硫酸都很难发生反应。
(2)硅的工业制备
1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时，为什么生成CO而不是CO2?
[提示] 制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：C＋CO2eq \(=====,\s\up8(△))2CO，故产物是CO而不是CO2。
2．在焦炭与SiO2制取粗硅的反应中，还原剂和还原产物分别是什么？
[提示] 焦炭；硅。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)Si是光导纤维的主要成分，SiO2是半导体材料(×)
(2)硅酸钠可以改写为Na2O·SiO2 ，故硅酸钠是混合物(×)
(3)硅元素在自然界中既有游离态，又有化合态(×)
(4)二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
(×)
2．下列关于硅酸盐产品的说法正确的是( )
A．玻璃、水泥属于硅酸盐产品，陶瓷不属于硅酸盐产品
B．普通玻璃的组成可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2
C．生产水泥的主要原料是纯碱、石灰石和石英
D．生产玻璃的主要原料是黏土、石灰石
B [陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品；普通玻璃的组成不仅可用Na2O·CaO·6SiO2表示，还可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2；生产水泥的主要原料是黏土、石灰石；生产玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。]
3．黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。请回答下列问题：
(1)黏土的主要成分的化学式为Al2Si2Ox(OH)4，其中x的值是________，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为___________________。
(2)在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有________，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是___________________________________________________________________
________________________________________________________(用化学方程式表示)。
[解析] (1)根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得3×2＋4×2＋(－2)×x＋(－1)×4＝0，x＝5；黏土的主要成分以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。
(2)传统硅酸盐产品有水泥、玻璃和陶瓷，故水泥厂、玻璃厂属于硅酸盐工业；生产雕花玻璃是利用氢氟酸对玻璃的腐蚀性，即：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
[答案] (1)5 Al2O3·2SiO2·2H2O (2)水泥厂、玻璃厂 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
1.单质硅的特性
(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up8(高温))Si＋2CO↑。
(2)C与碱液、酸液一般不反应，但Si能与碱液，氢氟酸反应且放出H2。
(3)非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。
2．二氧化硅的“四个特性”
(1)一般情况，非金属氧化物熔、沸点低，硬度小，但二氧化硅熔、沸点高，硬度大。
(2)一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐)。
(3)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下：Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up8(高温))Na2SiO3＋CO2↑也能发生(CO2离开反应体系)。
(4)一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O===H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。
3．硅酸
(1)酸一般易溶于水，但硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色。
①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3eq \(=====,\s\up8(△))SiO2＋H2O。
②硅酸能与强碱溶液反应：2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O。
(2)制备方法：若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式是Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
下列说法中正确的是( )
A．浓硫酸可刻蚀石英艺术品
B．硅胶可作袋装食品的干燥剂
C．SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应
D．如右图，若①②③中分别盛有浓硝酸、Na2CO3、Na2SiO3溶液，则可得出结论：酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸
B [二氧化硅只与氢氟酸反应而不与浓H2SO4、浓盐酸反应，A、C两项错误；硅胶多孔、吸附水分能力强，可用作袋装食品的干燥剂，B项正确；由于浓HNO3易挥发，所以③中的白色沉淀可能是挥发出的HNO3与Na2SiO3溶液反应所致，不能得出相关的酸性强弱的结论， D项错误。]
(1)保存NaOH溶液的试剂瓶为什么不能用玻璃塞？
[提示] 玻璃中含有SiO2，能和NaOH发生反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成的Na2SiO3有黏性，将瓶口和瓶塞黏结。所以保存NaOH溶液的试剂瓶不用玻璃塞，一般用木塞或橡胶塞。
(2)Na2SiO3为什么必须密封保存？
[提示] Na2SiO3会吸收空气中的CO2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
SiO2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是( )
A．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
B．SiO2＋CaOeq \(=====,\s\up8(高温))CaSiO3
C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
D．SiO2＋4HCl===SiCl4＋2H2O
D [SiO2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D项不正确。]
1．下列关于硅酸的叙述中错误的是( )
A．硅酸是一种很弱的酸
B．硅酸不稳定，加热脱水会产生二氧化硅
C．硅酸可由二氧化硅与水反应制得
D．硅酸应由可溶性硅酸盐与盐酸或二氧化碳反应制得
C [虽然SiO2是硅酸的酸酐，但因难溶于水且不跟水反应，所以不能用SiO2与H2O反应制H2SiO3，C错。]
2．下列关于玻璃的叙述正确的是( )
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英
B．普通玻璃的主要成分不是二氧化硅
C．玻璃是几种成分熔化在一起的晶体，有固定的熔点
D．过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃
D [普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，是一种混合物，没有固定的熔点。]
3．可以用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，如Na2SiO3可以写成Na2O·SiO2。下列表示不正确的是( )
A．钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·3SiO2
C．正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·6SiO2
D．高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
B [Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2。]
4．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：
二氧化硅eq \(――→,\s\up8(①焦炭),\s\d10(高温))粗硅eq \(――→,\s\up8(②干燥HCl),\s\d10(300 ℃))SiHCl3eq \(――→,\s\up8(③过量H2),\s\d10(1 000 ℃))纯硅
关于上述反应的分析不正确的是( )
A．3个反应都是置换反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 ml电子
D．提纯SiHCl3采用的方法是分液
D [高温下焦炭能将SiO2还原为Si，H2能将SiHCl3还原为Si，B项正确；硅在化合物中显＋4价，消耗或生成1 ml Si，则转移4 ml 电子，C项正确；SiHCl3中含有少量的SiCl4(和HCl)，它们的沸点有明显差异，用蒸馏(或分馏)的方法提纯，D项不正确。]
5．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下图所示。A为地壳中非金属含量处于第二位的元素的单质。
请填空：
(1)单质A的原子的结构示意图为________，它在化合物中的最高化合价为________。
(2)B的化学式为________。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_______________。
[解析] 由题意可知：A为Si，B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。
[答案] (1) ＋4
(2)SiO2 SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up8(高温))Si＋2CO↑
(3)CaSiO3 Na2SiO3硅酸盐
产品
生产原料
主要设备
主要成分
水泥
石灰石、
黏土
水泥回
转窑
硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙
石膏：调节水泥的硬化速率
玻璃
纯碱、石灰
石、石英
玻璃
熔炉
Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
黏土
－
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