高三化学《硅和二氧化硅》思维规律探究学法指导

高二化学《硅和二氧化硅》思维规律探究
商玉志（特级教师）
【典例解析】
【典例1】下列说法正确的是（ ）
（A ）二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟强碱反应，但不能与任何酸反应
（B ）根据↑++2332CO CaSiO CaCO SiO 高温的反应，可推知硅酸酸性比碳酸强
（C ）二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中制得硅酸
（D ）二氧化硅对应的水化物有不同的组成
解析：本题考查二氧化碳、碳酸、二氧化硅、硅酸、原硅酸的性质知识，同时考查思维的深刻性、准确性。

由于二氧化硅跟氢氟酸反应，反应方程式为O H S i F HF SiO 24224+↑=+，所以（A ）项不符合题意。

（B ）项中的反应，并不是在溶液中进行的，这只有在高温下才能进行，属于固体与固体加热反应生成气体的类型，由于生成物CO 2是气体，生成后脱离反应体系，使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强。

所以，（B ）项也不符合题意。

（C ）项中符合“强酸制弱酸”的一般规律，所以（C ）项符合题意。

由于二氧化硅对应的水化物H 4SiO 4和H 2SiO 3，所以（D ）项符合题意。

答案：（C ）（D ）
评析：此题考查的是SiO 2的特殊性，不是所有的酸性氧化物都不能与酸反应，例如SO 2可被HNO 3氧化，SiO 2可与氢氟酸反应，这些特殊性要加强记忆。

判断酸性强弱的依据是酸与盐的水溶液中是否发生复分解反应，而SiO 2与CaCO 3是在高温条件下进行的非溶液反应，不能用于比较H 2SiO 3和H 2CO 3的相对强弱。

【典例2】下列溶液中，能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的是（ ）
（A ）浓硫酸 （B ）水玻璃
（C ）氢氟酸 （D ）苛性钾溶液
解析：与玻璃反应的溶液就不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放。

氢氟酸能腐蚀玻璃：O H SiF HF SiO 24224+↑=+，KOH 溶液也可与玻璃中的SiO 2反应；22SiO KOH +=O H SiO K 232+，所以它们都不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放。

水玻璃（Na 2SiO 3的水溶液）有胶粘作用，会把瓶子和塞子黏在一起。

答案：（A ）
评析：此题考查的是实验室中药品的保存方法。

实验室中药品的保存方法根据药品的性质而定。

药品都必须密封保存，见光易分解的药品要用棕色试剂瓶盛放，如氯水、液溴、硝酸、酸性高锰酸钾溶液等；碱性溶液不能用玻璃塞的磨口玻璃试剂瓶盛放，应用带橡胶塞的试剂瓶盛放。

另外，固体药品用广口瓶盛装，液体药品用细口试剂瓶盛放。

【典例3】正长石的化学式是x O KAlSi 3、x 是 ，以氧化物形式表示正长石为 。

解析：根据一个化合物分子中各元素的正、负化合价代数和为零的原则，有：x 23431=⨯++，x=8，则其化学式为83O KAlSi 。

自然界中硅酸盐种类很多，结构复杂，通常以氧化物的形式表示硅酸盐的组成，一般先写金属氧化物，再写二氧化硅，最后写水，中间用一小圆点加以隔开。

如：83O KAlSi 用氧化物形式表示为：23226SiO O Al O K ⋅⋅，而不是22
3213SiO AlO KO ⋅⋅。

由于元素化合价为奇数时，又只含有奇数个该原子，当要用氧化物形式表示其组成时，通常采用放大一倍的方法就能正确书写。

对于+K 、+3Al 的氧化物形式分别为K 2O 、Al 2O 3，所以用氧化物形式表示含K +、Al 3+的
硅酸盐时，硅酸盐中都至少应含有2个K +和Al 3+。

如果所含K +和Al 3+不够2个，都必须先扩
大2倍或相应倍数，使K +或Al 3+个数达到2个的整数倍。

如：
232216622836SiO O Al O K O Si Al K O KAlSi ⋅⋅⇒⇒。

确定x 值时也可用元素守恒法。

将KAlSi 3O x 写成氧化物形式232232
121SiO O Al O K ⋅⋅，依据O 元素守恒得：8632
121=+⨯+=
x 答案：8 23226SiO O Al O K ⋅⋅ 评析：本题主要考查化合物分子中正、负化合价的代数和为零和以氧化物的形式表示硅酸盐的组成，同时考查运用知识能力以及创新能力。

【曲例4】几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示
试判断：
（1）写出下列各种物质的化学式： A ，B ，C D ，E ，F
（2）写出下列反应的化学方程式：
①D A → ②F D →
（3）写出下列反应的离子方程式：
①A B →
②E B →
解析：A 、B 、C 、D 、E 、F 均为含硅元素的物质，要推断这些物质，必须选定其中一种作为突破口。

从图中分析，B 物质涉及的与其他物质的关系最多，其位置关系最为关键，且其中有明显的性质特征。

B 物质可与Na 2O 在高温条件下反应生成钠盐D ，故B 可能为SiO 2或硅酸，但硅酸不可能由某种物质通过高温强热的方法制取，故B 只能为SiO 2。

SiO 2与碳在强热条件下混合反应可制得单质硅。

而单质硅可与NaOH 溶液在室温下反应而生成Na 2SiO 3。

所以A 为硅，D 为Na 2SiO 3。

在Na 2SiO 3溶液中通入CO 2，将析出原硅酸（H 4SiO 4）。

无论是在Na 2SiO 3中加入CaCl 2溶液，还是SiO 2和CaCO 3在高温下反应，或者H 4SiO 4与CaO 共热，都将得到CaSiO 3固体。

因此可知E 为CaSiO 3，F 为原硅酸。

原硅酸在空气中干燥，可失水而生成硅酸，硅酸加热分解为SiO 2，故C 为硅酸。

答案：（1）Si SiO 2 H 2SiO 3 Na 2SiO 3 CaSiO 3 H 4SiO 4
（2）①↑+=++--223
222H SiO O H OH Si ②--+↓=++234422232CO SiO H O H CO SiO
（3）①↑++CO Si C SiO 222高温
②↑++2323CO CaSiO SiO CaCO 高温
评析：本题的关键在于确定B 物质，选好推断的突破口；另一难点在于要了解硅酸和原硅酸的性质。

硅酸（H 2SiO 3）和原硅酸（H 4SiO 4）均为不溶于水的酸，不能用SiO 2溶于水制取，可用可溶性硅酸盐制取。

如在硅酸钠溶液中通入CO 2，可析出白色沉淀，这是原硅酸。

↓+=++443222322SiO H CO Na O H CO SiO Na
原硅酸在干燥空气中失水而成白色粉末，这是硅酸。

O H SiO H SiO H 23244+=
32SiO H 在进一步加热条件下分解生成SiO 2。

【对应训练】
【对应训练1】CO 2通入下列各溶液不可能产生沉淀的是（ ）
（A ）CaCl 2和23)(NO Ba 的混合液
（B ）BaCl 2和NaOH 的混合液
（C ）饱和的Na 2CO 3溶液
（D ）水玻璃
【对应训练2】实验室中保存下列药品的方法正确的是（ ）
（A ）氢氟酸保存在密封的玻璃瓶中
（B ）NaOH 溶液保存在带橡胶塞的试剂瓶中
（C ）氯水保存在无色带橡胶塞的试剂瓶中
（D ）少量金属钠保存的煤油中
【对应训练3】高岭土的组成可表示为Al 2Si 2O x (OH)y ，其中x 、y 的数值分别是（ ）
（A ）7，2 （B ）5，4 （C ）6，3 （D ）3，6
【对应训练4】如图，已知：
①单质E 可作为半导体材料；②化合物F 是不能生成盐的氧化物；③化合物I 能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A 反应。

据此，请填空：
（1）化合物F 是 ；
（2）化合物I 是 ；（3）反应③的化学方程式是 ；
（4）反应④的化学方程式是 。

【解析】
【对应训练1】解析：（A ）中，弱酸（CO 2水溶液）不能与强酸盐[2CaCl 、23)(NO Ba ]发生复分解反应；（B ）中，CO 2是酸性氧化物，它可与NaOH 发生如下反应：
O H CO Na CO NaOH 23222+=+，232BaCl CO Na 与发生反应232BaCl CO Na +↓=3BaCO NaCl 2+从而产生白色沉淀BaCO 3；（C ）中，会发生++232CO CO Na H 2O=2NaHCO 3， 因在相同条件下（温度）下，NaHCO 3的溶解度小于Na 2CO 3，故会析出NaHCO 3晶体；（D ）中，碳酸的酸性强于硅酸，有32322232CO Na SiO H O H CO SiO Na +↓=++，而H 2SiO 3是一种白色沉淀。

答案：（A ）
【对应训练2】解析：（A ）项：玻璃的主要成分是SiO 2，氢氟酸很容易与SiO 2发生 如下反应：O H SiF HF SiO 24224+↑=+，因而不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸。

氢氟酸应用塑料瓶存放，（A ）项错误。

（B ）项正确，因NaOH 溶液会与磨口玻璃试剂瓶的磨口处的SiO 2发生反应：O H SiO Na NaOH SiO 23222+=+，使瓶塞与瓶口黏合在一起，所以不能用玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH 溶液，而只能用橡胶塞。

凡是碱性溶液都不能用磨口玻璃塞的试剂瓶长期存放。

（C ）项错误，因氯水中的HClO 见光易分解，应用棕色试剂瓶盛放，因氯水有强腐蚀性和强氧化性，对橡胶有腐蚀作用，所以用玻璃塞而不能用橡胶塞。

（D ）项正确。

故本题答案为（B ）（D ）。

答案：（B ）（D ）
【对应训练3】解析：依Al 、Si 、H 原子守恒，高岭土可改写成O H y SiO O Al 223222⋅⋅，再依O 原子守恒有：y x y +=+⨯+2
223即142=+y x ，只有（B ）符合题意。

答案：（B ）
【对应训练4】解析：本题考查元素及化合物的性质，属常规“方框图”题型。

在全面系统掌握元素及其化合物性质的基础上，要善于抓住某些元素的特殊性质作为“切入点”，找到解题的突破口。

比如，本题一开始就指出单质E 和化合物F 分别是半导体材料和不形成盐的氧化物，因而它们的首选答案可考虑各为Si 和CO ，于是反应①的化学方程式应为CO Si C SiO 222+∆+，氧化物A 是SiO 2，它除了跟氢氟酸反应以外不跟任何酸起反应，由此判断化合物I 应为HF 。

需作进一步检验，此时，要对所有参与反应的各种物质加以考虑。

现试写出其余三个反应的化学方程式如下：反应②为22H CO O H C +∆+，反应③为O H O H 22222点燃+，反应④为222422O HF O H F +=+，经逐个物质核对，均符合题意。

显然，本题的“切入点”，可以认为Si 和CO ，而HF 和F 2则是本题的重点和难点之所在。

答案：（1）)()2()(氟化氢一氧化碳HF CO
（3）O H O H 22222点燃+
（4）222422O HF O H F +=+
【强化训练】
【强化训练】某学生用NaHCO 3和KHCO 3组成的某混合物进行实验，测得如下数据（盐酸
A. 盐酸的物质的量浓度为0.3⋅L mol
B. 能计算出混合物中NaHCO 3的质量分数
C. 加入混合物9.2g 时盐酸未反应完
D. 15.7g 混合物恰好与盐酸完全反应
【解析】
【强化训练】解析：此题为一道数据分析题，重在通过对数据的分析来找出实验中反应物之间的用量关系。

从2CO V （标况）数据中不难看出，CO 2在标准状况下的体积由2.24L 变为3.36L ，至少说明第一组数据中的盐酸是过量的，第三组数据中混合物是过量的。

于是由第三组数据，根据↑+=++-223CO O H H HCO ，可以求出盐酸的物质的量浓度=110.305.0/)4.22/36.3(--⋅=⋅L mol L mol L L ，即选项A 、C 正确。

假设第二组数据中的15.7g 混合物恰好反应完，结合第一组数据，由产生的CO 2在标准状况下的体积可以反求实际消耗混合物的质量=g g L L g 7.158.1324.2/36.32.9<=⨯，所以选项D 错误。

用一、二两组实际参加反应的混合物的质量和生成CO 2的体积列方程即可计算出混合物中NaHCO 3的质量分数。

答案：D。