Bài 13 silic và hợp chất của silic

BÀI 13: SILIC VÀ HỢP CHẤT CỦA SILIC
Mục tiêu
 Kiến thức
+ Xác định được vị trí của silic trong bảng tuần hồn các ngun tố hóa học, cấu hình electron
ngun tử.
+ Trình bày được 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 2 
+ Trình bày được tính chất hóa học của silic: là phi kim hoạt động hóa học yếu, ở nhiệt độ cao tác
dụng với nhiều chất (oxi, cacbon, dung dịch NaOH, magie).
+ Trình bày được tính chất vật lí của SiO2 (cấu trúc tinh thể, tính tan), tính chất hóa học (tác
dụng với kiềm đặc, nóng, với dung dịch HF).
+ Trình bày được tính chất vật lí của H2SiO3 (tính tan, màu sắc), tính chất hóa học (là axit yếu, ít
tan trong nước, tan trong kiềm nóng).
 Kĩ năng
+ Viết được các phương trình hóa học thể hiện tính chất của silic và các hợp chất của nó.
+ Giải được bài tập tính phần trăm khối lượng SiO2 trong hỗn hợp và một số bài tập có liên quan
khác.

Trang 1


I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
Silic

Ngun tố Si thuộc nhóm IVA dưới cacbon.

1. Tính chất vật lí
Silic có hai dạng thù hình:


Silic vơ định hình: là chất bột màu nâu, khơng

tan trong nước nhưng tan trong 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 và nhiệt độ nóng chảy cao (giống C).
Silic vơ định hình có khả năng phản ứng cao
hơn silic tinh thể do bề mặt tiếp xúc lớn hơn.
2. Tính chất hóa học
Số oxi hóa của Si giống C: -4, 0, +2, +4.

Chú ý: Trong đó, số oxi hóa +2 ít 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 ở nhiệt độ thường: Ví dụ.

Si  2F2  SiF4 .
Silic tác dụng với halogen, O2 ở nhiệt độ cao.
Silic tác dụng với C, N, S ở nhiệt độ rất cao.


500 C
Si  2Cl2 
 SiCl 4
600 C
Si  O2 
 SiO2
2000 C
Si  C 
 SiC

Tác dụng với hợp chất:
Si tan dễ dàng trong dung dịch kiềm  H2

Si  2NaOH  H2O  Na2SiO3  2H2

b. Tính oxi hóa
Khi tác dụng với kim loại ở nhiệt độ cao tạo các

800  900 C
Si  2Mg 
 Mg2Si

Magie silixua

silixua kim loại.

So sánh tính chất hóa học của cacbon và silic:


Giống nhau: thể hiện tính khử và tính oxi

hóa.



Khác nhau: Si có thể tan trong dung dịch
kiềm, Si là phi kim hoạt động yếu hơn
cacbon.

3. Trạng thái tự nhiên
Theo khối lượng, silic chiếm 29,5% vỏ Trái Đất, là Silic đơn chất khơng tìm thấy trong tự nhiên. Nó
Trang 2


nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxi.

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 SiO2

t
Ví dụ: SiO2  2Mg 
 Si  2MgO

ở nhiệt độ cao.

Hợp chất của silic
1. Silic đioxit  SiO 2 
a. Tính chất vật lí

SiO2 là chất ở dạng tinh thể, không tan trong nước, Trong tự nhiên SiO2 chủ yếu tồn tại ở dạng
nóng chảy ở 1713C .

khoáng vật thạch anh và cát.


Thạch anh ở dạng tinh thể lớn khơng
màu trong suốt.



Cát SiO2 có lẫn nhiều tạp chất.

b. Tính chất hóa học
t
SiO2 là một oxit axit, nó chỉ tác dụng với kiềm đặc, Ví dụ: SiO2  2NaOH nc 
 Na 2SiO3  H2O

nóng hoặc nóng chảy.

SiO2 tan được trong dung dịch HF.

Ví dụ: SiO2  4HF  SiF4  2H2O

 Dùng dung dịch HF để khắc chữ và hình lên
thủy tinh.

2. Axit silixic  H 2SiO 3 
Là chất kết tủa keo, không tan trong nước.
Dễ mất nước khi đun nóng.
Là axit yếu, yếu hơn cả H2CO3 .

t
 SiO2  H2O
Ví dụ: H2SiO3 

Ví dụ:
Na 2SiO3  CO2  H2O  H2SiO3  Na 2CO3

3. Muối silicat
Đa số muối silicat không tan.

Chú ý: Dung dịch đậm đặc của Na 2SiO3 và

Chỉ có muối silicat của kim loại kiềm tan trong H2O .
Trang 3


K2SiO3 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 vơ 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:
800  900C
Ví dụ: Si  2Mg 
 Mg2Si



Tác dụng với flo ở 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 

2. Silic đioxit  SiO 2 
a. Tính chất vật lí:

SiO2 là chất ở dạng tinh thể, khơng tan trong nước, nóng chảy ở 1713C .
b. Tính chất hóa học

+ SiO2 là oxit axit, chỉ tác dụng với kiềm đặc, nóng hoặc nóng chảy.
t
 Na 2SiO3  H 2 O
Ví dụ: SiO2  2NaOH nãng ch¶y  

+ Tác dụng với HF: SiO2  4HF  SiF4  2H2O .

 Dùng HF để khắc chữ lên thủy tinh.
3. Axit silixic
Tính chất hóa học: Là axit yếu, yếu hơn cả H2CO3 : Na 2SiO3  CO2  H2O  H2SiO3  Na 2CO3 .
4. 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 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
Trang 4


Ví dụ mẫu
Ví dụ 1. Silic có những 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: 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 vơ định hình. Tính chất nào sau đây khơng 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 khơng phải là chất có cấu trúc tinh thể mà là chất vơ định hình, nên khơng 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. 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 được với F2 ,Mg,NaOH .
Phương trình hóa học: Si  2F2  SiF4
t
Si  2Mg 
 Mg2Si

Si  2NaOH  H 2O  Na 2SiO3  2H 2
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. SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  Si
Trang 5


B. SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  NaHSiO3
C. Si  NaHSiO3  H2SiO3  SiO2  Si
D. Si  SiH4  SiO2  NaHSiO3  SiO2
Hướng dẫn giải
Dãy chuyển hóa đúng là: SiO2  Na2SiO3  H2SiO3  SiO2  Si
t
 Na 2SiO3  H 2 O
Phương trình hóa học: SiO 2  2NaOH nc 

Na 2SiO3  CO2  H 2 O  H 2SiO3  Na 2CO3
t
H 2SiO3 
 H 2 O  SiO 2
t
SiO 2  2Mg 

 2MgO  Si

Chọn A.
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 SiO2 với:
A. H2SO4

B. HCl.

C. HNO3

D. HF.

Câu 5: Cho các nhận xét sau:
(1) Silic vừa thể hiện tính khử vừa thể hiện tính oxi hóa.
(2) Trong cơng nghiệp, silic được điều chế bằng cách đốt cháy hỗn hợp gồm bột Mg và cát nghiền
mịn.
(3) SiO2 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:
Trang 6


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 SiO2 là:
A. H2O , dung dịch NaOH.

B. KOH nóng chảy và NaOH nóng chảy.

C. HF và nước vơi trong.

D. HCl và Ca  OH 2 nóng chảy.

Bài tập nâng cao
Câu 10: Trong các 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 các chất sau: CO,CO2 ,SO2 ,NO,NO2 ,Cl2 ,SiO2 ,H2S,NH3 . Lần lượt dẫn chúng qua dung dịch
Ba  OH 2 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 khơng có phản ứng oxi hóa – khử.
D. 6 phản ứng và 2 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 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 hịa tan hồn tồn 24 gam SiO2 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: n SiO2  0,4 mol
Viết phương trình hóa học và 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 của đề bài.

Khối lượng dung dịch HF 25% cần dùng là:

Trang 7


m dd HF 

32.100
 128 gam
25

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: n H2  0,4 mol
Phương trình hóa học: C  NaOH  Không phản ứng

Si 2NaOH H2O Na 2SiO3  2H2

1

1
1

Theo (1): n Si  n H2  .0,4  0,2 mol  m Si  0,2.28  5,6 gam
2
2
5,6
 %mSi 
.100%  50%
11,2
Bài tốn 2: Xác định cơng thức của thủy tinh
Phương pháp giải
Ví dụ. Một loại thủy tinh có thành phần phần trăm
về khối lượng: SiO2 50,42%; CaO 23,53%; Na 2O
26,05%. Trong loại thủy tinh này 1,0 mol Na 2O
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:  Na 2O x .  CaO y .  SiO2 z x,y,z 

*



Đặt

công

thức

của

thủy

tinh

là

 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 được tỉ lệ x, y, z là những số nguyên tối
giản, từ đó suy ra cơng thức của 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: 2


Trang 8


 Công thức của thủy tinh là Na 2O.CaO.2SiO2
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, Na 2O 16%.
Trong loại thủy tinh 1,0 mol CaO kết hợp với:
A. 1,5 mol Na 2O và 6,7 mol SiO2 .
B. 1,6 mol Na 2O và 7,8 mol SiO2 .
C. 1,8 mol Na 2O và 4,0 mol SiO2 .
D. 2,0 mol Na 2O và 7,4 mol SiO2 .
Hướng dẫn giải



Đặt công thức thủy tinh là  Na 2O x .  CaO y .  SiO2 z x,y,z 
Ta có: x : y : z 

*



%m Na2 O %m CaO %mSiO2 16 9 75
:
:

: :
 0,26 : 0,16 :1,25  1,6 :1: 7,8 .
62
56
60
62 56 60

Vậy 1 mol CaO kết hợp với 1,6 mol Na 2O và 7,8 mol SiO2 .
Chọn B.
Bài tập tự luyện dạng 2
Câu 1: Loại thủy tinh khó nóng chảy chứa 18,43% K 2O ; 10,98% CaO và 70,59% SiO2 có công thức
dưới dạng các oxit là:
A. K2O.CaO.4SiO2

B. K2O.2CaO.6SiO2

C. Na 2O.CaO.6SiO2

D. K2O.3CaO.8SiO2

Câu 2: Thành phần chính của đất sét là cao lanh, có cơng thức là xAl2O3.ySiO2 .zH2O , trong đó tỉ lệ về
khối lượng các oxit và nước tương ứng là 0,3696; 0,4348; 0,1957. Cơng thức hóa học của cao lanh đã 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 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.
Trang 9


(2) Sai vì trong cơng 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 khơng tan trong nước.
(4) Đúng.
(5) Đúng. Ví dụ: Na2SiO3  CO2  H2O  H2SiO3  Na2CO3

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: 1 CO 2  Ba  OH 2  BaCO3  H 2O

 2  SO2  Ba  OH 2  BaSO3  H 2O
 3 4NO2  2Ba  OH 2  Ba  NO3 3  Ba  NO3 2  2H 2O
 4  2Cl2  2Ba  OH 2  BaCl2  Ba  ClO 2  2H 2O
 5 H 2S  Ba  OH 2  BaS  2H 2O

Có 5 phản ứng xảy ra, trong đó phản ứng (3) và (4) là phản ứng oxi hóa – khử.
Lưu ý: SiO2 chỉ tan trong kiềm đặc, nóng hoặc nóng chảy.
Câu 12:

 
 
 
 
Ta có dãy chuyển hóa: Si 
SiO2 
 Na 2SiO3 
 H2SiO3 
SiO2 
Si
1

2

3

4

5

t
 SiO 2
Phương trình hóa học: 1 Si  O 2 

 2  SiO2  2NaOH nc  Na 2SiO3  H 2O
 3 Na 2SiO3  CO2  H 2O  H 2SiO3  Na 2CO3
t
 H 2 O  SiO 2
 4  H 2SiO3 
t
 MgO  Si
 5 SiO2  Mg 
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  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: 6
94
56
60
94
56
60

 Công thức của thủy tinh là 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  1 : 2 : 3

Ta có: x : y : z 

Trang 10


 Công thức của cao lanh là Al2O3.2SiO2 .3H2O .

Trang 11