Giải Hóa Học 11 Bài 17: Silic và hợp chất của silic

Giải bài tập Hóa Học lớp 11 Bài 17: Silic và hợp chất của silic

Bài 1 trang 79 sgk hóa học 11: Nêu những tính chất hóa học giống và khác nhau giữa silic và cacbon. Viết các phương trình hóa học để minh họa ?

Phương pháp giải:

– Giống nhau: C và Si đều thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa trong các phản ứng hóa học

+ ví dụ: tác dụng với oxi, tác dụng với kim loại

– Khác nhau: 

+ C có tính khử mạnh hơn Si nên khử được một số oxit kim loại

+ Si có khả năng tác dụng được với dung dịch NaOH

Lời giải:

– C và Si đều thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa trong các phản ứng hóa học

+ Đều có tính oxi hóa: ( tác dụng được với một số kim loại)

+ Đều có tính khử : ( tác dụng với một số phi kim)

$\begin{array}{c}\stackrel{0}{C}+\stackrel{0}{O_2}\stackrel{t^0}{\to }\stackrel{+4}{C}{O}_2\\ \stackrel{0}{Si}+\stackrel{0}{O_2}\stackrel{t^0}{\to }Si{O}_2\end{array}$ 

– Khác nhau:

+ Si tác dụng mạnh được với dung dịch kiềm giải phóng khí H₂ còn C thì không

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑

+ C khử được một số oxit kim loại còn Si thì không khử được

C + 2FeO $\stackrel{t^0}{\to }$ 2Fe + CO₂↑

Bài 2 trang 79 sgk hóa học 11: Số oxi hóa cao nhất của silic thể hiện ở hợp chất nào sau đây?

A. SiO

B. SiO₂

C. SiH₄

D. Mg₂Si

Lời giải:

Đáp án B

Bài 3 trang 79 sgk hóa học 11: Khi cho nước tác dụng với oxit axit thì axit sẽ không được tạo thành, nếu oxit axit đó là:

A. Cacon đioxit

B. Lưu huỳnh đioxit

C. Silic đioxit

D. Đinitơ pentaoxit

Lời giải:

SiO₂ không tan trong nước

Đáp án C

Bài 4 trang 79 sgk hóa học 11: Từ SiO₂ và các hóa chất cần thiết khác, hãy viết phương trình hóa học của các phản ứng điều chế axit silixic?

Phương pháp giải:

Có thể viết PTHH theo sơ đồ:

SiO₂          $\stackrel{+NaOH}{\to }$           NaSiO₃       $\stackrel{+C{O}_2,H_{2}O}{\to }$       H₂SiO₃

Lời giải:

SiO₂          $\stackrel{+NaOH}{\to }$           NaSiO₃       $\stackrel{+C{O}_2,H_{2}O}{\to }$       H₂SiO₃

Các phương trình hóa học:

SiO₂   +  2NaOH    →     Na₂SiO₃  +  H₂O

Na₂SiO₃  +  CO₂  +   H₂O   →  H₂SiO₃↓+  Na₂CO₃

Bài 5 trang 79 sgk hóa học 11: Phương trình ion rút gọn: 2H⁺   +   SiO₃^2-    →    H₂SiO₃↓ ứng với phản ứng nào giữa các chất nào sau đây?

A. Axit cacbonic và canxi silicat

B. Axit cacbonic và natri silicat

C. Axit clohiđrit và canxi silicat

D. Axit clohiđrit và natri silicat

Lời giải:

A. H₂CO₃ là axit yếu + CaSiO₃ không có phản ứng

B. H₂CO₃ là axit yếu + Na₂SiO₃ không có phản ứng

C. HCl + CaSiO₃ (không phân ly ra $Si{O}_3^{2-}$)

D. Phương trình ion: $2H^{+}+2C{l}^{-}+2N{a}^{+}+Si{\mathrm{O}}_3^{2-}\to H_{2}Si{\mathrm{O}}_3+2N{a}^{+}+2C{l}^{-}$

Phương trình ion rút gọn: $2H^{+}+Si{\mathrm{O}}_3^{2-}\to H_{2}Si{\mathrm{O}}_3$

Đáp án D

Bài 6 trang 79 sgk hóa học 11: Cho hỗn hợp silic và than có khối lượng 20,0g tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH đặc, đun nóng. Phản ứng giải phóng ra 13,44 lít khí hidro (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%

Phương pháp giải:

Thành phần chính của than chính là C. Khi cho Si và C tác dụng với NaOH đặc đun nóng chỉ có Si tham gia phản ứng

Viết PTHH:

Si + 2NaOH đặc + H₂O $\stackrel{t^0}{\to }$ Na₂SiO₃ + 2H₂↑

Tính số mol Si theo số mol H₂  : n_Si = ½. n_H2 = ? (mol)

=> khối lượng Si : m_Si = n_Si. M_Si = ? (g)

=> %Si trong hỗn hợp ban đầu

Lời giải:

$n_{H_2}=\frac{13,44}{22,4}=0,6mol$

PTHH

Si + 2NaOH (đ) + H₂O $\stackrel{t^0}{\to }$ Na₂SiO₃ + 2H₂↑

1mol                        $\to$                       2mol

0,30 mol            $\leftarrow$                        0,60 mol

%m_Si $=\frac{0,3.28}{20}.100\mathrm{\%}=42\mathrm{\%}$

Lý thuyết Bài 17: Silic và hợp chất của silic

A. SILIC

I. VỊ TRÍ

Trong bảng tuần hoàn silic ở ô thứ 14, nhóm IVA, chu kì 3. Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p².

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Có các dạng thù hình là silic tinh thể và silic vô định hình

– Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương, màu xám, có ánh kim và có tính bán dẫn

– Silic vô định hình là chất bột màu nâu

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

– Silic có các số oxi hóa: -4, 0, +2 và +4 (số oxi hóa +2 ít đặc trưng hơn).

– Trong các phản ứng hóa học, silic vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử.

1. Tính khử

a) Tác dụng với phi kim:

Si    +   2F₂   →     SiF₄

Si    +    O₂   $\stackrel{t^o}{\to }$   SiO₂

b) Tác dụng với hợp chất:

2NaOH  +  Si  +  H₂O →  Na₂SiO₃  +  2H₂

2. Tính OXH 

– Tác dụng với một số kim loại mạnh ở nhiệt độ cao:

2Mg   +    Si   $\stackrel{t^o}{\to }$       Mg₂Si  

IV. ỨNG DỤNG

– Silic siêu tinh khiết là chất bán dẫn dùng trong kỹ thuật vô tuyến và điện tử như chế tạo tế bào quang điện, bộ khuếch đại,…

– Trong luyện kim silic được dùng để tách oxi ra khỏi kim loại nóng chảy

V. ĐIỀU CHẾ

1. Trong phòng thí nghiệm

2Mg + SiO₂  $\stackrel{t^o}{\to }$    2MgO + Si   (900^oC)

2. Trong công nghiệp        

SiO₂  +  2C  $\stackrel{t^o}{\to }$     2CO    + Si  (1800^oC)

B. HỢP CHẤT CỦA SILLIC

I. SiO₂

1. Tính chất vật lý

Ở dạng tinh thể nguyên tử màu trắng rất cứng, không tan trong nước, có t_s^o và t_nc^o rất cao, tồn tại ở dạng cát và thạch anh là nguyên liệu quan trọng để sản xuất thủy tinh.

2. Tính chất hóa học

a) Tan chậm trong dung dịch kiềm đặc nóng, tan nhanh trong kiềm nóng chảy hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy

SiO₂ + 2NaOH $\stackrel{t^o}{\to }$    Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$    Na₂SiO₃ + CO₂

b) Tác dụng với HF ( dùng phản ứng này để khắc chữ, tranh lên thủy tinh)

SiO₂ + 4HF → SiF₄   +  2H₂O

II. H₂SiO₃

1. Tính chất vật lý

 Là axit rất yếu (yếu hơn H₂CO₃) , ở dạng keo, không tan trong nước. Khi bị mất nước thì tạo thành xốp silicagen, thường được dùng để hút ẩm trong các thùng hàng hóa

2. Tính chất hóa học

a) Phản ứng nhiệt phân:

H₂SiO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$    SiO₂ + H₂O

b) Tác dụng được với axit cacbonic :

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + H₂SiO₃

III. MUỐI SILICAT

– Chỉ có muối của kim loại kiềm tan được trong nước.

Na₂SiO₃ + 2H₂O ↔ 2NaOH + H₂SiO₃

– Dung dịch đậm đặc của Na₂SiO₃ và K₂SiO₃ được gọi là thủy tinh lỏng, dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ,…

Sơ đồ tư duy: Silic và hợp chất của silic

Phương pháp giải một số dạng bài tập về silic và hợp chất của silic

Dạng 1: Lý thuyết về silic và hợp chất của silic

Ví dụ 1: Phản ứng hóa học nào sau đây không đúng

A. SiO₂ + H₂O → H₂SiO₃

B. 3CO +  Fe₂O₃  2 Fe  +  3CO₂

C. CO₂  + 2Mg  C + 2MgO

D. SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phản ứng hóa học không đúng là:

SiO₂ + H₂O → H₂SiO₃

Đáp án A

Ví dụ 2: Trong phản ứng hóa học nào sau đây silic đóng vai trò là chất oxi hóa

A. Si  +  2F₂→ SiF₄

B. Si  +  O₂  SiO₂

C. Si  + 2NaOH  +  H₂O → Na₂SiO₃  + 2H₂

D. 2Mg  +  Si  Mg₂Si

Hướng dẫn giải chi tiết:

Si đóng vai trò là chất oxi hóa khi tác dụng với chất khử (kim loại), sau phản ứng số oxi hóa của Si giảm

 

Đáp án D

Ví dụ 3: Silic đioxit và nhôm oxit cùng phản ứng với chất nào sau đây?

A. O₂.

B. Mg.

C. dd Ba(OH)_{2 đặc, nguội}.

D. dd KOH đặc, nóng.

Hướng dẫn giải chi tiết:

– A loại vì SiO₂ và Al₂O₃ đều không phản ứng với O₂

– B loại vì Mg không phản ứng với Al₂O₃

– C loại vì SiO₂ không phản ứng với Ba(OH)₂ đặc ở nhiệt độ thường

– D đúng

PTHH: SiO₂ + 2KOH  K₂SiO₃ + H₂O

            Al₂O₃ + 2KOH → 2KAlO₂ + H₂O

Đáp án D

Ví dụ 4: Cho sơ đồ sau:

Si  SiO₂  Na₂SiO₃  H₂SiO₃.

Các chất cần lấy trong phản ứng (1), (2), (3) là:

A. O₂; Na₂O; HCl.

B. O₂; Na₂O; H₂O.

C. O₂; NaOH; HCl.

D. O₂; NaOH; H₂.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Si  SiO₂  Na₂SiO₃  H₂SiO₃.

PTHH: 

(1) Si + O₂  SiO₂

(2) SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

(3) Na₂SiO₃ + 2HCl → NaCl + H₂SiO₃

Đáp án C

Ví dụ 5: Người ta có thể điều chế Si bằng cách

A. Dùng than cốc khử SiO₂ trong lò điện ở nhiệt độ cao

B. Đốt cháy hỗn hợp bột Mg và cát nghiền mịn

C. Đốt cháy hỗn hợp bột Mg và cát nghiền mịn

D. cả A, B đều đúng

Hướng dẫn giải chi tiết:

A. Cách điều chế Si trong công nghiệp:

SiO₂ + 2C  -> Si + 2CO => đúng

B. Cách điều chế Si trong PTN:

2Mg + SiO₂   -> 2MgO + Si  => đúng

C. Si không tồn tại dạng đơn chất

=> không có quặng silic đơn chất trong tự nhiên => loại

Đáp án D

Dạng 2: Bài tập về tính chất hóa học cúa Silic và Silic dioxit

* Một số lưu ý cần nhớ

I. Silic:

Silic là phi kim kém hoạt động, ở nhiệt độ cao có khả năng thể hiện cả tính khử và tính OXH

* Tính khử:

– Tác dụng với phi kim:

Si    +   2F₂   →     SiF₄

Si    +    O₂   $\stackrel{t^o}{\to }$   SiO₂

– Tác dụng với hợp chất:

2NaOH  +  Si  +  H₂O →  Na₂SiO₃  +  2H₂

* Tính oxi hóa:

– Tác dụng với một số kim loại mạnh ở nhiệt độ cao:

2Mg   +    Si   $\stackrel{t^o}{\to }$       Mg₂Si  

II. SiO₂

Là oxit axit,

Tan chậm trong dung dịch kiềm đặc nóng, tan nhanh trong kiềm nóng chảy hoặc cacbonat kim loại kiềm nóng chảy

SiO₂ + 2NaOH $\stackrel{t^o}{\to }$    Na₂SiO₃ + H₂O

SiO₂ + Na₂CO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$    Na₂SiO₃ + CO₂

Tác dụng với HF ( dùng phản ứng này để khắc chữ, tranh lên thủy tinh)

SiO₂ + 4HF → SiF₄   +  2H₂O

III. H₂SiO₃

Tính chất hóa học:

– Phản ứng nhiệt phân:

H₂SiO₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ SiO₂ + H₂O

– Tác dụng được với axit cacbonic :

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + H₂SiO₃

IV. Muối silicat:

Chỉ có muối của kim loại kiềm tan được trong nước.

Na₂SiO₃ + 2H₂O → 2NaOH + H₂SiO₃

 Dung dịch đậm đặc của Na₂SiO₃ và K₂SiO₃ được gọi là thủy tinh lỏng, dùng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ,…

* Một số ví dụ điển hình

Ví dụ 1: Một loại thủy tinh có chứa 13% Na₂O; 11,7% CaO; 75,3% SiO₂ về khối lượng. Thành phần của thủy tinh này được viết dưới dạng hợp chất các oxit là

A. Na₂O.CaO.6SiO₂

B. 2Na₂O.6CaO.6SiO₂   

C. 2Na₂O.CaO.6SiO₂

D. Na₂O.6CaO.SiO₂

Hướng dẫn giải chi tiết:

Công thức thủy tinh có dạng: xNa₂O.yCaO.zSiO₂

$x:y:z=\frac{\mathrm{\%}N{a}_{2}O}{M_{N{a}_{2}O}}:\frac{\mathrm{\%}CaO}{M_{CaO}}:\frac{\mathrm{\%}Si{\mathrm{O}}_2}{M_{Si{\mathrm{O}}_2}}=\frac{13}{62}:\frac{11,7}{56}:\frac{75,3}{60}$

$=0,21:0,21:1,255=1:1:6$

Đáp án A

Ví dụ 2: Cho m gam silic tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH. Sau phản ứng thấy khối lượng dung dịch tăng 2,4 gam. Giá trị của m là:

A. 1,4 gam.

B. 2,58 gam.

C. 2,8 gam.

D. 2,4 gam.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Giả sử n_Si = x (mol)

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂

x                      →                            2x

m_{dd tăng} = m_Si – m_H2 = 2,4 => 28x – 4x = 2,4

=> x = 0,1 mol => m = 2,8 gam

Đáp án C

Ví dụ 3: Cho 11 gam hỗn hợp 2 kim loại Al, Si tan hoàn toàn vào dung dịch NaOH thu được 15,68 lít H₂ (đktc). Thành phần phần trăm khối lượng của Si trong hỗn hợp là

A. 50,00%.

B. 51,19%

C. 50,91%.

D. 51,90%.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_H2 = 0,7 (mol). Gọi số mol của Al và Si lần lượt là x, y (mol)

+m_hh = m_Al + m_Si => 27x + 28y = 11 (1)

+ BT electron: 3n_Al + 4n_Si = 2n_H2 => 3x + 4y = 0,7.2 (2)

Giải hệ (1) và (2) được: x = y = 0,2 mol

=> %m­_Si = $\frac{0,2.28}{0,2.27+0,2.28}.100\mathrm{\%}$ = 50,91%

Đáp án C