Bài 13 silic và hợp chất của silic

BÀI 13: SILIC VÀ HỢP CHẤT CỦA SILIC Mục tiêu  Kiến thức + Xác định vị trí silic bảng tuần hồn ngun tố hóa học, cấu hình electron ngun tử + Trình bày tính chất vật lí (dạng thù hình, cấu trúc hình thể, màu sắc, chất bán dẫn), trạng thái tự nhiên, ứng dụng (trong kĩ thuật điện), điều chế silic  Mg  SiO  + Trình bày tính chất hóa học silic: phi kim hoạt động hóa học yếu, nhiệt độ cao tác dụng với nhiều chất (oxi, cacbon, dung dịch NaOH, magie) + Trình bày tính chất vật lí SiO2 (cấu trúc tinh thể, tính tan), tính chất hóa học (tác dụng với kiềm đặc, nóng, với dung dịch HF) + Trình bày tính chất vật lí H2SiO3 (tính tan, màu sắc), tính chất hóa học (là axit yếu, tan nước, tan kiềm nóng)  Kĩ + Viết phương trình hóa học thể tính chất silic hợp chất + Giải tập tính phần trăm khối lượng SiO2 hỗn hợp số tập có liên quan khác Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Silic Ngun tố Si thuộc nhóm IVA cacbon Tính chất vật lí Silic có hai dạng thù hình:  Silic vơ định hình: chất bột màu nâu, khơng tan nước tan kim loại nóng chảy  Khác với cacbon, silic có tính bán dẫn Silic tinh thể: có màu xám, có ánh kim, có cấu trúc giống kim cương nên có tính bán dẫn Nhiệt độ sơi nhiệt độ nóng chảy cao (giống C) Silic vơ định hình có khả phản ứng cao silic tinh thể bề mặt tiếp xúc lớn Tính chất hóa học Số oxi hóa Si giống C: -4, 0, +2, +4 Chú ý: Trong đó, số oxi hóa +2 đặc trưng Silic vừa có tính khử, vừa có tính oxi hóa a Tính khử  Tác dụng với phi kim: Silic tác dụng với flo nhiệt độ thường: Ví dụ Si  2F2  SiF4 Silic tác dụng với halogen, O2 nhiệt độ cao Silic tác dụng với C, N, S nhiệt độ cao  500 C Si  2Cl2   SiCl 600 C Si  O2   SiO2 2000 C Si  C   SiC Tác dụng với hợp chất: Si tan dễ dàng dung dịch kiềm  H2 Si  2NaOH  H2O  Na2SiO3  2H2 b Tính oxi hóa Khi tác dụng với kim loại nhiệt độ cao tạo 800  900 C Si  2Mg   Mg2Si Magie silixua silixua kim loại So sánh tính chất hóa học cacbon silic:  Giống nhau: thể tính khử tính oxi hóa  Khác nhau: Si tan dung dịch kiềm, Si phi kim hoạt động yếu cacbon Trạng thái tự nhiên Theo khối lượng, silic chiếm 29,5% vỏ Trái Đất, Silic đơn chất khơng tìm thấy tự nhiên Nó Trang nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxi tồn dạng hợp chất thường xuất oxit silicat Ứng dụng Silic dùng làm chất bán dẫn kỹ thuật vô tuyến điện tử, chế tạo pin mặt trời: biến lượng ánh sáng thành điện cung cấp cho tàu vũ trụ Điều chế Dùng chất khử mạnh Mg, Al, C để khử SiO2 t Ví dụ: SiO2  2Mg   Si  2MgO nhiệt độ cao Hợp chất silic Silic đioxit  SiO  a Tính chất vật lí SiO2 chất dạng tinh thể, không tan nước, Trong tự nhiên SiO2 chủ yếu tồn dạng nóng chảy 1713C khống vật thạch anh cát  Thạch anh dạng tinh thể lớn khơng màu suốt  Cát SiO2 có lẫn nhiều tạp chất b Tính chất hóa học t SiO2 oxit axit, tác dụng với kiềm đặc, Ví dụ: SiO2  2NaOH nc   Na 2SiO3  H2O nóng nóng chảy SiO2 tan dung dịch HF Ví dụ: SiO2  4HF  SiF4  2H2O  Dùng dung dịch HF để khắc chữ hình lên thủy tinh Axit silixic  H 2SiO  Là chất kết tủa keo, không tan nước Dễ nước đun nóng Là axit yếu, yếu H2CO3 t  SiO2  H2O Ví dụ: H2SiO3  Ví dụ: Na 2SiO3  CO2  H2O  H2SiO3  Na 2CO3 Muối silicat Đa số muối silicat không tan Chú ý: Dung dịch đậm đặc Na 2SiO3 Chỉ có muối silicat kim loại kiềm tan H2O Trang K2SiO3 gọi thủy tinh lỏng HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC SILIC VÀ HỢP CHẤT Silic a Dạng thù hình: + Silic tinh thể + Silic vơ định hình b Tính chất hóa học: + Các trạng thái oxi hóa: -4, 0, +2 +4 + Tính oxi hóa: Tác dụng với kim loại: + Tính khử:  Tác dụng với kim loại: 800  900C Ví dụ: Si  2Mg   Mg2Si  Tác dụng với flo nhiệt độ thường: Si  2F2  SiF4  Tác dụng với phi kim khá: nhiệt độ cao 600 C Ví dụ: Si  O2   SiO2  Tác dụng với hợp chất: Si  2NaOH  H2O  Na 2SiO3  2H2  Silic đioxit  SiO  a Tính chất vật lí: SiO2 chất dạng tinh thể, không tan nước, nóng chảy 1713C b Tính chất hóa học + SiO2 oxit axit, tác dụng với kiềm đặc, nóng nóng chảy t  Na 2SiO3  H O Ví dụ: SiO2  2NaOH nãng ch¶y   + Tác dụng với HF: SiO2  4HF  SiF4  2H2O  Dùng HF để khắc chữ lên thủy tinh Axit silixic Tính chất hóa học: Là axit yếu, yếu H2CO3 : Na 2SiO3  CO2  H2O  H2SiO3  Na 2CO3 Muối silicat   2NaOH  H2SiO3 Tính chất hóa học: Phản ứng thủy phân: Na 2SiO3  2H2O   II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học, ứng dụng silic hợp chất Kiểu hỏi 1: Câu hỏi tính chất vật lí, ứng dụng silic hợp chất Trang Ví dụ mẫu Ví dụ Silic có dạng thù hình nào? A Silic vơ định hình, silic tinh thể B Kim cương, silic vơ định hình C Silic tinh thể, than chì D Silic vơ định hình, than xương, than cốc Hướng dẫn giải Silic có hai dạng thù hình:  Silic vơ định hình: chất bột màu nâu, khơng tan nước tan kim loại nóng chảy  Silic tinh thể: có màu xám, có ánh kim, có cấu trúc giống kim cương nên có tính bán dẫn Chọn A Ví dụ Thủy tinh có cấu trúc vơ định hình Tính chất sau thủy tinh? A Cho ánh sáng mặt trời qua giữ lại xạ hồng ngoại B Khơng có điểm nóng chảy cố định C Có tính dẻo D Trong suốt Hướng dẫn giải Thủy tinh cho ánh sáng mặt trời qua giữ lại xạ hồng ngoại  A Thủy tinh khơng phải chất có cấu trúc tinh thể mà chất vơ định hình, nên khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định  B Thủy tinh có tính suốt  D Chọn C Kiểu hỏi 2: Câu hỏi tính chất hóa học silic hợp chất Ví dụ mẫu Ví dụ Silic phản ứng với dãy chất: A CuSO4 ,SiO2 ,H2SO4 loãng B F2 ,Mg,NaOH C HCl,Fe  NO3 3 ,CH 3COOH D Na2SiO3 ,Na3PO4 ,NaCl Hướng dẫn giải Silic phản ứng với F2 ,Mg,NaOH Phương trình hóa học: Si  2F2  SiF4 t Si  2Mg   Mg2Si Si  2NaOH  H 2O  Na 2SiO3  2H Chọn B Ví dụ Dãy chuyển hóa sau với tính chất hóa học Si hợp chất Si? A SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  Si Trang B SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  NaHSiO3 C Si  NaHSiO3  H2SiO3  SiO2  Si D Si  SiH4  SiO2  NaHSiO3  SiO2 Hướng dẫn giải Dãy chuyển hóa là: SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  Si t  Na 2SiO3  H O Phương trình hóa học: SiO  2NaOH nc  Na 2SiO3  CO2  H O  H 2SiO3  Na 2CO3 t H 2SiO3   H O  SiO t SiO  2Mg   2MgO  Si Chọn A Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Nguyên tố phổ biến thứ hai vỏ trái đất là: A oxi B cacbon C sắt D silic Câu 2: Công nghiệp silicat ngành công nghiệp chế biến hợp chất silic Trong ngành sản xuất sau đây, ngành không thuộc công nghiệp silicat là: A sản xuất đồ gốm (gạch, ngói, sành, sứ) B sản xuất xi măng C sản xuất thủy tinh D sản xuất thủy tinh hữu Câu 3: Ở nhiệt độ thường, silic tác dụng với: A O2 B F2 C Cl2 D Br2 Câu 4: Phản ứng dùng để khắc hình, khắc chữ lên thủy tinh phản ứng SiO2 với: A H2SO4 B HCl C HNO3 D HF Câu 5: Cho nhận xét sau: (1) Silic vừa thể tính khử vừa thể tính oxi hóa (2) Trong cơng nghiệp, silic điều chế cách đốt cháy hỗn hợp gồm bột Mg cát nghiền mịn (3) SiO2 oxit axit, tan nước tạo axit silixic (4) Silic siêu tinh khiết chất bán dẫn kĩ thuật vô tuyến điện tử (5) Axit silixic có tính axit yếu axit cacboxilic Số nhận xét là: A B C D Câu 6: Phát biểu sau sai? A Tất muối silicat không tan (trừ muối kim loại kiềm, muối amoni) B Silicagen axit silixic nước phần C Axit silixic axit yếu mạnh axit cacbonic D Tất muối silicar kim loại kiềm bị thủy phân mạnh Câu 7: Silic đioxit không tan dung dịch: Trang A dung dịch HCl B dung dịch HF C dung dịch NaOH đặc, nóng D NaOH nóng chảy Câu 8: Cacbon silic có tính chất giống nhau? A Phản ứng với oxi hiđro B Có tính khử mạnh C Có tính oxi hóa D Có tính khử tính oxi hóa Câu 9: Dãy gồm chất tác dụng với SiO2 là: A H2O , dung dịch NaOH B KOH nóng chảy NaOH nóng chảy C HF nước vơi D HCl Ca  OH 2 nóng chảy Bài tập nâng cao Câu 10: Trong phản ứng hóa học sau, phản ứng sai là: A SiO2  4HF  SiF4  2H2O B SiO2  4HCl  SiCl4  2H2O t C SiO2  2C   Si  2CO t D SiO2  2Mg   2MgO  Si Câu 11: Cho chất sau: CO,CO2 ,SO2 ,NO,NO2 ,Cl2 ,SiO2 ,H2S,NH3 Lần lượt dẫn chúng qua dung dịch Ba  OH 2 xảy phản ứng phản ứng oxi hóa – khử? A phản ứng phản ứng oxi hóa – khử B phản ứng phản ứng oxi hóa – khử C phản ứng khơng có phản ứng oxi hóa – khử D phản ứng phản ứng oxi hóa – khử Câu 12: Viết phương trình hóa Si  SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  Si học hồn thành dãy chuyển hóa sau: Dạng 2: Bài tập định lượng silic, hợp chất chất liên quan Bài tốn 1: Bài tập tính chất hóa học silic hợp chất Phương pháp giải Ví dụ Để hịa tan hồn tồn 24 gam SiO2 cần dùng vừa hết m gam dung dịch HF 25%, sau phản ứng thu dung dịch X Tính m Hướng dẫn giải Ta có: n SiO2  0,4 mol Viết phương trình hóa học tính tốn theo Phương trình hóa học: phương trình SiO2  4HF  SiF4  2H 2O 0,4  1,6 mol  mHF  1,6.20  32 gam Tính tốn theo u cầu đề Khối lượng dung dịch HF 25% cần dùng là: Trang m dd HF  32.100  128 gam 25 Ví dụ mẫu Ví dụ Cho hỗn hợp silic than có khối lượng 11,2 gam tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH đặc, đun nóng Phản ứng giải phóng 8,96 lít khí hiđro (đktc) Xác định thành phần phần trăm khối lượng silic hỗn hợp ban đầu, biết phản ứng xảy với hiệu suất 100% Hướng dẫn giải Ta có: n H2  0,4 mol Phương trình hóa học: C  NaOH Không phản ứng Si 2NaOH H2O  Na 2SiO3  2H2 1 1 Theo (1): n Si  n H2  0,4  0,2 mol  m Si  0,2.28  5,6 gam 2 5,6  %mSi  100%  50% 11,2 Bài toán 2: Xác định công thức thủy tinh Phương pháp giải Ví dụ Một loại thủy tinh có thành phần phần trăm khối lượng: SiO2 50,42%; CaO 23,53%; Na 2O 26,05% Trong loại thủy tinh 1,0 mol Na 2O kết hợp với A 2,0 mol SiO2 1,0 mol CaO B 1,0 mol SiO2 2,0 mol CaO C 1,0 mol SiO2 1,0 mol CaO D 2,0 mol SiO2 2,0 mol CaO Hướng dẫn giải Bước 1: Gọi công thức tổng quát thủy tinh:  Ví dụ:  Na 2O x  CaO y  SiO2 z x,y,z  *  Đặt công thức thủy tinh  Na2Ox  CaOy SiO2 z  x,y,z  *  Bước 2: Lập tỉ lệ x : y : z theo phần trăm khối lượng: Ví dụ: x : y : z  %m Na2 O %m CaO %mSiO2 : : 62 56 60 Bước 3: Tìm tỉ lệ x, y, z số nguyên tối giản, từ suy cơng thức thủy tinh Ta có: x : y : z  %m Na2 O %m CaO %mSiO2 : : 62 56 60 26,05 23,53 50,42 : : 62 56 60  0,42 : 0,42 : 0,84  1:1:  Trang  Công thức thủy tinh Na 2O.CaO.2SiO2 Vậy mol kết hợp với mol CaO mol SiO2 Chọn A Ví dụ mẫu Ví dụ Một loại thủy tinh dùng để chế tạo công cụ nhà bếp chứa: 75% SiO2 , 9% CaO, Na 2O 16% Trong loại thủy tinh 1,0 mol CaO kết hợp với: A 1,5 mol Na 2O 6,7 mol SiO2 B 1,6 mol Na 2O 7,8 mol SiO2 C 1,8 mol Na 2O 4,0 mol SiO2 D 2,0 mol Na 2O 7,4 mol SiO2 Hướng dẫn giải  Đặt công thức thủy tinh  Na 2O x  CaO y  SiO2 z x,y,z  Ta có: x : y : z  *  %m Na2 O %m CaO %mSiO2 16 75 : :  : :  0,26 : 0,16 :1,25  1,6 :1: 7,8 62 56 60 62 56 60 Vậy mol CaO kết hợp với 1,6 mol Na 2O 7,8 mol SiO2 Chọn B Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Loại thủy tinh khó nóng chảy chứa 18,43% K 2O ; 10,98% CaO 70,59% SiO2 có cơng thức dạng oxit là: A K2O.CaO.4SiO2 B K2O.2CaO.6SiO2 C Na 2O.CaO.6SiO2 D K2O.3CaO.8SiO2 Câu 2: Thành phần đất sét cao lanh, có cơng thức xAl2O3.ySiO2 zH2O , tỉ lệ khối lượng oxit nước tương ứng 0,3696; 0,4348; 0,1957 Cơng thức hóa học cao lanh cho là: A 3Al2O3.SiO2 2H2O B Al2O3.3SiO2 2H2O C Al2O3.2SiO2 3H2O D 2Al2O3.SiO2 3H2O ĐÁP ÁN Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học, ứng dụng silic hợp chất Câu 1: Chọn D Câu 2: Chọn D Câu 3: Chọn B Câu 4: Chọn D Câu 5: Chọn C (1) Đúng silic có số oxi hóa -4; 0; +2; +4 Tuy nhiên số oxi hóa +2 phổ biến Trang (2) Sai cơng nghiệp, silic điều chế cách dùng than cốc khử SiO2 lò điện nhiệt độ cao (3) Sai SiO2 oxit axit khơng tan nước (4) Đúng (5) Đúng Ví dụ: Na2SiO3  CO2  H2O  H2SiO3  Na2CO3 Vậy có nhận xét (1), (4), (5) Câu 6: Chọn C Câu 7: Chọn A Câu 8: Chọn D Câu 9: Chọn B Câu 10: Chọn B Câu 11: Chọn A Phương trình hóa học: 1 CO  Ba  OH 2  BaCO3  H 2O   SO2  Ba  OH 2  BaSO3  H 2O  3 4NO2  2Ba  OH 2  Ba  NO3 3  Ba  NO3 2  2H 2O   2Cl2  2Ba  OH 2  BaCl2  Ba  ClO 2  2H 2O  5 H 2S  Ba  OH 2  BaS  2H 2O Có phản ứng xảy ra, phản ứng (3) (4) phản ứng oxi hóa – khử Lưu ý: SiO2 tan kiềm đặc, nóng nóng chảy Câu 12:          Ta có dãy chuyển hóa: Si  SiO2   Na 2SiO3   H2SiO3  SiO2  Si t  SiO Phương trình hóa học: 1 Si  O    SiO2  2NaOH nc  Na 2SiO3  H 2O  3 Na 2SiO3  CO2  H 2O  H 2SiO3  Na 2CO3 t  H O  SiO   H 2SiO3  t  MgO  Si  5 SiO2  Mg  Dạng 2: Bài tập định lượng silic, hợp chất chất liên quan Câu 1: Chọn C  Đặt công thức thủy tinh  K 2O x  CaO y  SiO2 z x,y,z  Ta có x : y : z  *  %m K2 O %m CaO %mSiO2 18,43 10,98 70,59 : :  : :  0,196 : 0,196 :1,1765  1:1: 94 56 60 94 56 60  Công thức thủy tinh K2O.CaO.6SiO2 Câu 2: Chọn C %m Al2 O3 %m SiO2 %m H2 O 0,3696 0,4348 0,1957 : :  : : 102 60 18 102 60 18  0,00362 : 0,0072 : 0,01087  : : Ta có: x : y : z  Trang 10  Công thức cao lanh Al2O3.2SiO2 3H2O Trang 11 ... Dạng 1: Bài tập lí thuyết tính chất vật lí, hóa học, ứng dụng silic hợp chất Kiểu hỏi 1: Câu hỏi tính chất vật lí, ứng dụng silic hợp chất Trang Ví dụ mẫu Ví dụ Silic có dạng thù hình nào? A Silic. .. Si học hoàn thành dãy chuyển hóa sau: Dạng 2: Bài tập định lượng silic, hợp chất chất liên quan Bài toán 1: Bài tập tính chất hóa học silic hợp chất Phương pháp giải Ví dụ Để hịa tan hoàn toàn... Chỉ có muối silicat kim loại kiềm tan H2O Trang K2SiO3 gọi thủy tinh lỏng HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC SILIC VÀ HỢP CHẤT Silic a Dạng thù hình: + Silic tinh thể + Silic vơ định hình b Tính chất hóa học: