Chuyên đề Silic và hợp chất của silic
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
Silic |
Nguyên tố Si thuộc nhóm IVA dưới cacbon. Khác với cacbon, silic có tính bán dẫn. Silic vô định hình có khả năng phản ứng cao hơn silic tinh thể do bề mặt tiếp xúc lớn hơn. |
1. Tính chất vật lí |
|
Silic có hai dạng thù hình:
Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao (giống C). |
|
2. Tính chất hóa học |
|
Số oxi hóa của Si giống C: -4, 0, +2, +4. Silic vừa có tính khử, vừa có tính oxi hóa. |
Chú ý: Trong đó, số oxi hóa +2 ít đặc trưng. |
a. Tính khử
Silic tác dụng với flo ở nhiệt độ thường: . Silic tác dụng với halogen, O2 ở nhiệt độ cao. Silic tác dụng với C, N, S ở nhiệt độ rất cao. |
Ví dụ.
|
Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm |
|
b. Tính oxi hóa |
|
Khi tác dụng với kim loại ở nhiệt độ cao tạo các silixua kim loại. |
So sánh tính chất hóa học của cacbon và silic:
|
3. Trạng thái tự nhiên |
|
Theo khối lượng, silic chiếm 29,5% vỏ Trái Đất, là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxi.
|
Silic đơn chất không tìm thấy trong tự nhiên. Nó tồn tại ở dạng hợp chất thường xuất hiện trong các oxit và silicat. |
4. Ứng dụng |
|
Silic được dùng làm chất bán dẫn trong kỹ thuật vô tuyến và điện tử, chế tạo pin mặt trời: biến năng lượng ánh sáng thành điện năng cung cấp cho tàu vũ trụ. |
|
5. Điều chế |
|
Dùng các chất khử mạnh như Mg, Al, C để khử ở nhiệt độ cao. |
Ví dụ: |
Hợp chất của silic |
|
1. Silic đioxit (SiO2) |
|
a. Tính chất vật lí |
|
SiO2 là chất ở dạng tinh thể, không tan trong nước, nóng chảy ở . |
Trong tự nhiên SiO2 chủ yếu tồn tại ở dạng khoáng vật thạch anh và cát.
|
b. Tính chất hóa học |
|
SiO2 là một oxit axit, nó chỉ tác dụng với kiềm đặc, nóng hoặc nóng chảy. SiO2 tan được trong dung dịch HF. |
Ví dụ:
Ví dụ: Dùng dung dịch HF để khắc chữ và hình lên thủy tinh. |
2. Axit silixic (H2SiO3) |
|
Là chất kết tủa keo, không tan trong nước. Dễ mất nước khi đun nóng. Là axit yếu, yếu hơn cả . |
Ví dụ: Ví dụ:
|
3. Muối silicat |
|
Đa số muối silicat không tan. Chỉ có muối silicat của kim loại kiềm tan trong H2O. |
Chú ý: Dung dịch đậm đặc của và được gọi là thủy tinh lỏng. |
HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC
SILIC VÀ HỢP CHẤT
1. Silic
a. Dạng thù hình:
+ Silic tinh thể.
+ Silic vô định hình.
b. Tính chất hóa học:
+ Các trạng thái oxi hóa: -4, 0, +2 và +4.
+ Tính oxi hóa: Tác dụng với kim loại:
+ Tính khử:
- Tác dụng với kim loại:
Ví dụ:
- Tác dụng với flo ở nhiệt độ thường:
- Tác dụng với phi kim khá: nhiệt độ cao
Ví dụ:
- Tác dụng với hợp chất:
2. Silic đioxit (SiO2)
a. Tính chất vật lí:
SiO2 là chất ở dạng tinh thể, không tan trong nước, nóng chảy ở .
b. Tính chất hóa học
+ SiO2 là oxit axit, chỉ tác dụng với kiềm đặc, nóng hoặc nóng chảy.
Ví dụ:
+ Tác dụng với HF: .
Dùng HF để khắc chữ lên thủy tinh.
3. Axit silixic
Tính chất hóa học: Là axit yếu, yếu hơn cả : .
4. Muối silicat
Tính chất hóa học: Phản ứng thủy phân:
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Bài tập lí thuyết về tính chất vật lí, hóa học, ứng dụng của silic và hợp chất
Kiểu hỏi 1: Câu hỏi về tính chất vật lí, ứng dụng của silic và hợp chất
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1. Silic có những dạng thù hình nào?
A. Silic vô định hình, silic tinh thể.
B. Kim cương, silic vô định hình.
C. Silic tinh thể, than chì.
D. Silic vô định hình, than xương, than cốc.
Hướng dẫn giải
Silic có hai dạng thù hình:
- Silic vô định hình: là chất bột màu nâu, không tan trong nước nhưng tan trong 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 2. Thủy tinh có cấu trúc vô định hình. Tính chất nào sau đây không phải của thủy tinh?
A. Cho ánh sáng mặt trời đi qua nhưng giữ lại những bức xạ hồng ngoại.
B. Không có điểm nóng chảy cố định.
C. Có tính dẻo.
D. Trong suốt.
Hướng dẫn giải
Thủy tinh cho ánh sáng mặt trời đi qua nhưng giữ lại những bức xạ hồng ngoại A đúng.
Thủy tinh không phải là chất có cấu trúc tinh thể mà là chất vô định hình, nên không có nhiệt độ nóng chảy xác định B đúng.
Thủy tinh có tính trong suốt D đúng.
Chọn C.
Kiểu hỏi 2: Câu hỏi về tính chất hóa học của silic và hợp chất
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1. Silic phản ứng với dãy chất:
A. loãng.
B.
C.
D.
Hướng dẫn giải
Silic phản ứng được với .
Phương trình hóa học:
Chọn B.
Ví dụ 2. Dãy chuyển hóa nào sau đây đúng với tính chất hóa học của Si và hợp chất của Si?
A.
B.
C.
D.
Hướng dẫn giải
Dãy chuyển hóa đúng là:
Phương trình hóa học:
Chọn A.
III. Bài tập tự luyện dạng 1
Bài tập cơ bản
Câu 1: Nguyên tố phổ biến thứ hai ở vỏ trái đất là:
A. oxi. B. cacbon.
C. sắt. D. silic.
Câu 2: Công nghiệp silicat là ngành công nghiệp chế biến các hợp chất của silic. Trong các ngành sản xuất sau đây, ngành không thuộc về 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 cơ.
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 là phản ứng giữa với:
A. B. HCl.
C. D. HF.
Câu 5: Cho các nhận xét sau:
(1) Silic vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hóa.
(2) Trong công nghiệp, silic được điều chế bằng cách đốt cháy hỗn hợp gồm bột Mg và cát nghiền mịn.
(3) là một oxit axit, tan được trong nước tạo ra axit silixic.
(4) Silic siêu tinh khiết là chất bán dẫn trong kĩ thuật vô tuyến và điện tử.
(5) Axit silixic có tính axit yếu hơn axit cacboxilic.
Số nhận xét đúng là:
A. 1. B. 2.
C. 3. D. 4.
Câu 6: Phát biểu nào sau đây sai?
A. Tất cả các muối silicat đều không tan (trừ muối của kim loại kiềm, muối amoni).
B. Silicagen là axit silixic mất nước một phần.
C. Axit silixic là axit yếu nhưng mạnh hơn axit cacbonic.
D. Tất cả muối silicar của kim loại kiềm đều bị thủy phân mạnh.
Câu 7: Silic đioxit không tan được trong dung dịch:
A. dung dịch HCl.
B. dung dịch HF.
C. dung dịch NaOH đặc, nóng.
D. NaOH nóng chảy.
Câu 8: Cacbon và silic đều có tính chất nào giống nhau?
A. Phản ứng với oxi và hiđro.
B. Có tính khử mạnh.
C. Có tính oxi hóa.
D. Có tính khử và tính oxi hóa.
Câu 9: Dãy gồm các chất đều có thể tác dụng với và là:
A. , dung dịch NaOH.
B. KOH nóng chảy và NaOH nóng chảy.
C. HF và nước vôi trong.
D. HCl và nóng chảy.
Bài tập nâng cao
Câu 10: Trong các phản ứng hóa học sau, phản ứng sai là:
A.
B.
C.
D.
Câu 11: Cho các chất sau: . Lần lượt dẫn chúng qua dung dịch thì xảy ra bao nhiêu phản ứng và bao nhiêu phản ứng oxi hóa – khử?
A. 5 phản ứng và 2 phản ứng oxi hóa – khử.
B. 6 phản ứng và 3 phản ứng oxi hóa – khử.
C. 4 phản ứng và không có phản ứng oxi hóa – khử.
D. 6 phản ứng và 2 phản ứng oxi hóa – khử.
Câu 12: Viết phương trình hóa học hoàn thành dãy chuyển hóa sau:
Dạng 2: Bài tập định lượng về silic, hợp chất và các chất liên quan
Bài toán 1: Bài tập về tính chất hóa học của silic và hợp chất
Phương pháp giải
|
Ví dụ. Để hòa tan hoàn toàn 24 gam cần dùng vừa hết m gam dung dịch HF 25%, sau phản ứng thu được dung dịch X. Tính m. Hướng dẫn giải Ta có: |
Viết phương trình hóa học và tính toán theo phương trình.
Tính toán theo yêu cầu của đề bài. |
Phương trình hóa học:
Khối lượng dung dịch HF 25% cần dùng là:
|
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1. Cho hỗn hợp silic và than có khối lượng 11,2 gam tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH đặc, đun nóng. Phản ứng giải phóng ra 8,96 lít khí hiđro (đktc). Xác định thành phần phần trăm khối lượng của silic trong hỗn hợp ban đầu, biết rằng phản ứng xảy ra với hiệu suất 100%.
Hướng dẫn giải
Ta có:
Phương trình hóa học:
Theo (1):
Bài toán 2: Xác định công thức của thủy tinh
Phương pháp giải
|
Ví dụ. Một loại thủy tinh có thành phần phần trăm về khối lượng: 50,42%; CaO 23,53%; 26,05%. Trong loại thủy tinh này 1,0 mol kết hợp với A. 2,0 mol SiO2 và 1,0 mol CaO. B. 1,0 mol SiO2 và 2,0 mol CaO. C. 1,0 mol SiO2 và 1,0 mol CaO. D. 2,0 mol SiO2 và 2,0 mol CaO. Hướng dẫn giải |
Bước 1: Gọi công thức tổng quát của thủy tinh: Ví dụ: |
Đặt công thức của thủy tinh là
|
Bước 2: Lập tỉ lệ theo phần trăm khối lượng: Ví dụ: |
Ta có: |
Bước 3: Tìm được tỉ lệ x, y, z là những số nguyên tối giản, từ đó suy ra công thức của thủy tinh. |
Công thức của thủy tinh là Vậy 1 mol kết hợp với 1 mol CaO và 2 mol SiO2 . Chọn A. |
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1. Một loại thủy tinh dùng để chế tạo công cụ nhà bếp chứa: 75% SiO2 , 9% CaO, 16%. Trong loại thủy tinh 1,0 mol CaO kết hợp với:
A. 1,5 mol Na2O và 6,7 mol SiO2 .
B. 1,6 mol Na2O và 7,8 mol SiO2 .
C. 1,8 mol Na2O và 4,0 mol SiO2 .
D. 2,0 mol Na2O và 7,4 mol SiO2 .
Hướng dẫn giải
Đặt công thức thủy tinh là
Ta có: .
Vậy 1 mol CaO kết hợp với 1,6 mol Na2O và 7,8 mol SiO2 .
Chọn B.
IV. Bài tập tự luyện dạng 2
Câu 1: Loại thủy tinh khó nóng chảy chứa 18,43% ; 10,98% CaO và 70,59% SiO2 có công thức dưới dạng các oxit là:
A.
B.
C.
D.
Câu 2: Thành phần chính của đất sét là cao lanh, có công thức là , trong đó tỉ lệ về khối lượng các oxit và nước tương ứng là 0,3696; 0,4348; 0,1957. Công thức hóa học của cao lanh đã cho là:
A.
B.
C.
D.
ĐÁP ÁN
Dạng 1: Bài tập lí thuyết về tính chất vật lí, hóa học, ứng dụng của silic và hợp chất
Câu 1: Chọn D.
Câu 2: Chọn D.
Câu 3: Chọn B.
Câu 4: Chọn D.
Câu 5: Chọn C.
(1) Đúng vì silic có các số oxi hóa là -4; 0; +2; +4. Tuy nhiên số oxi hóa +2 ít phổ biến.
(2) Sai vì trong công nghiệp, silic được điều chế bằng cách dùng than cốc khử SiO2 trong lò điện ở nhiệt độ cao.
(3) Sai vì SiO2 là oxit axit nhưng không tan trong nước.
(4) Đúng.
(5) Đúng. Ví dụ:
Vậy có 3 nhận xét đúng là (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:
Có 5 phản ứng xảy ra, trong đó phản ứng (3) và (4) là phản ứng oxi hóa – khử.
Lưu ý: chỉ tan trong kiềm đặc, nóng hoặc nóng chảy.
Câu 12:
Ta có dãy chuyển hóa:
Phương trình hóa học:
Dạng 2: Bài tập định lượng về silic, hợp chất và các chất liên quan
Câu 1: Chọn C.
Đặt công thức của thủy tinh là
Ta có
Công thức của thủy tinh là
Câu 2: Chọn C.
Ta có:
Công thức của cao lanh là .
Xem thêm