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第四单元非金属及其化合物第10讲硅及其化合物【复习目标】1.了解Si和SiO2的主要性质，了解CO2和SiO2物理性质差异的主要原因。2.了解硅酸及常见硅酸盐的性质。3.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性质与应用。【知识梳理】考点一硅和二氧化硅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＋O2SiO2跟Cl2反应Si＋2Cl2SiCl4（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＋2CSi(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl2．二氧化硅（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。（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＋H2OSiO2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＋CaOCaSiO与某些盐类反应SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑SiO2+Na2CO3Na2SiO3+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。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：SiO2SiCl4Si③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＋SiO22CO↑＋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【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。【答案】①③⑧⑫[易错警示]二氧化碳和二氧化硅的比较
考点二硅酸与硅酸盐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+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑主要设备水泥回转窑玻璃窑主要成分3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3Na2SiO3、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。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【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。【答案】③⑤⑩[易错警示]硅及其化合物性质的“反常”(1)碳族元素的主要化合价一般是＋2、＋4价，而硅常见的是＋4价。(2)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。(3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应)，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。(7)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(8)无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。(9)因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2
＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生。(10)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分不相同；硅酸钠水溶液(即水玻璃)称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，并不是碱溶液。【课时练习】1、下列叙述正确的是( )A．红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰的主要成分都是硅酸盐B．硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃，可用于制备硅胶和木材防火剂C．制造玻璃是复杂的物理过程，玻璃的组成不同，性能不同D．金刚石是自然界中硬度最大的物质，不可能与氧气发生反应2、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，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的强D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐3、硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是(）A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐产品B．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示D．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池4、下列说法正确的是( )A．SiO2和CO2都是酸性氧化物，都是共价化合物B．为防止月饼等富脂食品氧化变质，可在包装袋中放入硅胶C．NaHCO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可通入少量CO2后过滤D．SiO2中含Al2O3杂质，可加入足量NaOH溶液然后过滤除去5、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6、由下列实验事实得出的结论正确的是( )
A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B.由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3D.SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物7、SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( )A．图中所有反应都不属于氧化还原反应B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高8、下列离子方程式的书写正确的是( )A．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO＋H2SiO3↓B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)2＋2CO2===Ca2＋＋2HCOC．硅与氢氟酸的反应：Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2＋2OH－===SiO＋H2O9、山西博物院是太原地标性建筑之一。下列相关说法正确的是( )A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2B．墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品C．陈列的元青花瓷的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示为Al2O3·SiO2·H2OD．展示的青铜器上有一层绿色物质，此绿色物质可能是碱式碳酸铜，它不溶于盐酸10.《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘(黏)土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )A．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料B．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化C．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
D．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦11、有些科学家提出硅是“21世纪的能源”。下列说法正确的是( )A．晶体硅具有半导体性质，可用于制造光导纤维B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO212、水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：下列说法正确的是( )A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B．操作A与操作B完全相同C．该流程中硅元素的化合价发生改变D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O13、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：Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1100℃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Ⅰ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________(填字母)。a.碘水b.氯水c.NaOH溶液d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液14、二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260℃反应可以制得SiH2Cl2。(1)以浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为___________________________。(3)按照气体从左到右的方向制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→( )→( )→( )→( )→( )→( )→( )(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为________，后面装置C的作用为_________。(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和________、________等。(6)制取SiH2Cl2的新方案是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会____________(用化学方程式表示)。15、硅是带来人类文明的重要元素之一，在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的作用下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4
沉积在石墨表面，该反应的化学方程式为_________。(2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下：已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。①N2净化时，铜屑的作用是：___________________；硅胶的作用是______________________。②在氮化炉中反应为3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s) ΔH＝－727.5kJ/mol，开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是______________________________。③X可能是________(选填“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氢氟酸”)。(3)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，该反应的化学方程式为____。②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是________。16、硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)硅在元素周期表中的位置是________。(2)工业上生产粗硅的反应有：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________。(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①若反应Ⅰ为Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，则反应Ⅱ的化学方程式为_________。②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：________________。③假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应I中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是________。参考答案1、B【解析】红宝石的主要成分为Al2O3，珍珠的主要成分为CaCO3，水晶的主要成分为SiO2，钻石为碳单质，A选项错误；制造玻璃包含复杂的物理变化和化学变化，C选项错误；金刚石是碳单质，具有碳单质的化学性质，D选项错误。2、B【解析】二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分是二氧化硅。3、C【解析】水晶的主要成分是SiO2不是硅酸盐，A错误；水玻璃是Na2SiO3溶液，属于混合物，B错误；高纯度的SiO2用于制光导纤维，高纯度的Si用于制太阳能电池，D错误。4、A【解析】A项，SiO2、CO2分别为H2SiO3、H2CO3对应的酸性氧化物，都是共价化合物，正确；B项，硅胶具有吸水性，可以防止食品受潮，而不能防止食品氧化，错误；C项，除去NaHCO3溶液中的Na2SiO3杂质，应通入足量CO2，发生反应：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓，错误；D项，SiO2、Al2O3均能与NaOH溶液反应，应加入稀盐酸后过滤，错误。5、A【解析】由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiCl4Si＋HCl，都是氧化还原反应，B项错误；Si与烧碱溶液反应时，H2O是氧化剂，C项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。6、C【解析】二氧化硅难溶于水，硅酸分解生成二氧化硅，二氧化硅是硅酸的酸酐，故A错误；该反应中C的还原性大于Si的还原性，无法比较C、Si的非金属性，非金属性应根据氢化物稳定性、最高价含氧酸的酸性、单质氧化性等比较，故B错误；碳酸酸性大于硅酸，可以强酸制备弱酸，CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，故C正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是因其特殊性，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，故D错误。7、C【解析】图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2
而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。8、D【解析】Na2SiO3是强电解质，应拆分成Na＋、SiO，且应生成HCO，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO，B错；氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－，C错。9、B【解析】钢化玻璃与普通玻璃的成分相同(只是制造的工艺不同)，主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；高岭土[Al2Si2O5(OH)4]应该表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜、二氧化碳和水而溶解，D项错误。10、C【解析】沙子的主要成分是二氧化硅，黏土的主要成分是硅酸盐，C项错误。11、D【解析】A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片，二氧化硅可用于制造光导纤维，A不正确；B.玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，但不能用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰，因为玻璃表面是光滑的，该反应太慢，应用氢氟酸，B不正确；C.陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，C不正确；D.硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2，D正确。12、A【解析】稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，A正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B错误；二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4，硅酸钠中，硅元素的化合价是＋4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C错误；由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，D错误。13、(1)SiO2＋2CSi＋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＋H2Si＋3HCl③排尽装置中的空气④bd【解析】(1)高温下，SiO2和C反应生成Si和CO，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。(2)沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以可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，所以可以作干燥剂；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＋H2Si＋3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成；③Si是亲氧元素，为防止Si被氧化，需要排尽装置中的空气；④向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性，故选b、d。14、(1)吸水 (2)Si＋2HClSiH2Cl2 (3)d e f g b c d (4)P2O5或CaCl2 SiH2Cl2尾气处理和防止空气中的水进入B中 (5)SiCl4 SiHCl3 (6)SiH2Cl2＋2Cl2
SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl)【解析】(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或CaCl2，后面的装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。15、(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl(2)①除去原料气中的氧气 除去水蒸气 ②这是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的充分接触 ③硝酸(3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑ ②5∶1【解析】(1)工业上采用化学气相沉淀法制备Si3N4的反应中，反应物是H2、SiCl4和N2，根据质量守恒，除了Si3N4外，含有HCl气体生成，从而写出该反应的化学方程式。(2)①氮气中含有少量氧气及水蒸气，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀产品Si3N4，因此需将氮气净化，用Cu除去氧气，硅胶除去水蒸气。②氮化炉温度为1200～1400℃，硅的熔点为1420℃，该反应是放热反应，严格控制氮气流速，以控制温度为1200～1400℃，防止硅熔化成团，阻碍硅与氮气充分接触。③Si3N4与氢氟酸反应，而硝酸不反应，且稀硝酸可将硅块中的Fe、Cu杂质溶解而除去。(3)①SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、盐酸和H2。②制取1mol纯硅第一轮次：反应Ⅰ Si ＋ 3HClSiHCl3＋H2，1mol3mol/90%1mol1mol反应Ⅱ SiHCl3＋ H2Si＋3HCl，1mol1mol/93.75%1mol3mol第二轮次生成中，需补充HCl物质的量为3mol/90%－3mol，需补充H2物质的量为1mol/93.75%－1mol，则n(HCl)∶n(H2)＝(3mol/90%－3mol)∶(1mol/93.75%－1mol)＝5∶1。16、(1)第三周期第ⅣA族 (2)5∶2(3)①SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑③5∶1【解析】(1)硅在元素周期表中的位置是第三周期第ⅣA族。(2)根据反应SiO2＋2C
Si(粗)＋2CO↑，SiO2＋3CSiC＋2CO↑，生成1molSi需C2mol、SiO21mol，生成1molSiC需C3mol、SiO21mol，产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。(3)③反应生产1mol纯硅需补充HCl：－3，需补充H2：－1，补充HCl与H2的物质的量之比是5∶1。
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