（浙江专版）2017-2018学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第三单元 含硅矿物与信息材料学案 苏教版必修1.doc

第三单元 含硅矿物与信息材料 考试要求1硅在自然界的存在形式(a/ a)2硅及其化合物(以sio2和na2sio3为例)的重要性质(a/ b)3工业制备高纯硅的方法(a/ b)4三大硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻璃(a/ a)5硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用(a/ a)6光导纤维的组成和作用(/ a) 1硅酸盐的化学式常用氧化物形式表示。2水玻璃是硅酸钠的水溶液。水泥、陶瓷、玻璃为硅酸盐产品。3sio2熔点高硬度大，是一种酸性氧化物，sio2caocasio3，sio22naoh=na2sio3h2o。sio2可用于制造硅单质及光导纤维。4硅晶体的熔、沸点高，硬度大，常温下比较稳定，与o2、cl2、hno3、h2so4等很难发生反应，硅晶体可用作半导体材料。5工业制备高纯硅的主要反应有sio22csi2co，si2cl2sicl4，sicl42h2si4hcl。 1硅酸盐(1)表示方法氧化物法俗名锆石红柱石钙铝石榴子石镁橄榄石氧化物表示法zro2sio2al2o3sio23caoal2o33sio22mgosio2(2)硅酸钠性质：a可溶于水，其水溶液称“水玻璃”。b水溶液可与盐酸、co2反应产生沉淀。用途：na2sio3溶液在建筑行业常用做黏合剂，经na2sio3溶液浸泡过的木材、纺织品等既耐腐蚀又不易着火。2硅酸盐产品硅酸盐产品原料主要设备水泥黏土、石灰石及石膏水泥回转窑玻璃石灰石、纯碱、石英玻璃熔炉陶瓷黏土特别提醒(1)硅酸是一种比h2co3还弱的酸，且难溶于水。(2)普通玻璃的成分为na2sio3、casio3、sio2可写成na2ocao6sio2。(3)玻璃是混合物，没有固定熔点，加热时在一定温度范围内软化。(4)分子筛的成分是铝硅酸盐。1na2sio3为什么必须密封保存？提示：na2sio3会吸收空气中的co2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为na2sio3h2oco2=na2co3h2sio3。2硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？提示：否。硅酸盐结构复杂，通常用sio2和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。1硅酸盐氧化物形式的改写例如：钠长石(naalsi3o8)不能写成na2oal2o33sio2，应写成na2oal2o36sio2。2新型陶瓷的性能及用途品种主要性能主要用途高温结构陶瓷耐高温；耐氧化；耐磨蚀耐高温材料，洲际导弹的端头，火箭发动机的尾管及燃烧室，汽车发动机，喷气发动机压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化电波滤波器、通话器、声纳探伤器、点火器透明陶瓷优异的光学性能；耐高温；绝缘性好制高压钠灯的灯管，防弹“玻璃”超导陶瓷超导性超导材料1昆仑玉的成分可简单看成是ca2mg5si8o22(oh)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为()acaomgosio2h2ob2cao5mgo8sio2h2oc2caomgosio22h2od5cao2mgo8sio2h2o解析：选b根据昆仑玉的化学式，将ca、mg、si、h分别写成氧化物的形式，按活泼金属氧化物较活泼金属氧化物sio2h2o的顺序排列，再调整各氧化物前的计量数并使其与昆仑玉化学式中一致，可得昆仑玉氧化物表示形式为2cao5mgo8sio2h2o。2下列说法正确的是()a制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱b普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点c普通玻璃俗称水玻璃d硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅解析：选b制取玻璃的原料中有纯碱，而制取水泥的原料中没有纯碱，a不正确；普通玻璃的组成一般为na2ocao6sio2，玻璃属于混合物，没有固定的熔点，b正确；普通玻璃和水玻璃的成分不同，水玻璃不是普通玻璃的俗名，c不正确；制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石，石灰石中不含有硅，d不正确。1存在沙石、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。2物理性质熔沸点很高、硬度很大，不溶于水。3化学性质(1)常温下性质不活泼，不与水、酸(hf除外)反应。(2)是一种酸性氧化物sio2sio22naoh=na2sio3h2osio2cao高温,casio3。(3)特性：sio2能与hf反应，化学方程式为sio24hf=sif42h2o。4用途：用于制光导纤维、光学镜片、石英坩埚。5sio2和co2的比较sio2co2不同点熔、沸点高低状态无色晶体气态与水反应不反应co2h2oh2co3与酸反应只与氢氟酸反应不反应相同点与碱性氧化物反应caosio2casio3co2cao=caco3与碱反应sio22naoh=na2sio3h2oco22naoh=na2co3h2o与某些盐反应sio2na2co3 na2sio3co2sio2caco3 casio3co2co2h2ona2co3=2nahco3co2h2ona2sio3=h2sio3na2co3与碳反应sio22c si2coco2c2co1下列关于sio2和co2的说法中正确的是()aco2、sio2分别是碳酸和硅酸的酸酐bco2和sio2与水反应分别生成相应的酸cco2是酸性氧化物，sio2是两性氧化物dco2和sio2都是由相应的分子组成的解析：选a虽然sio2是h2sio3的酸酐，但sio2却不能溶于水生成h2sio3，而co2可溶于水生成h2co3，b错误；sio2与co2都是酸酐，都是酸性氧化物，a正确，c错误；co2是由co2分子构成的，而sio2则是由硅原子和氧原子构成的，sio2中不存在分子，d错误。2sio2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是()asio22naoh=na2sio3h2obsio2caocasio3csio24hf=sif42h2odsio24hcl=sicl42h2o解析：选dsio2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，d项不正确。 1物理性质硅晶体的熔点和沸点都很高，硬度很大，导电性介于导体和绝缘体之间，是一种半导体材料。2化学性质(1)常温下，单质硅比较稳定，与o2、cl2、硝酸、硫酸等都很难发生反应。(2)加热时sio2sio2si2cl2sicl43工业制法sio2si(粗)sicl4si(纯)反应的化学方程式依次为sio22csi2co，si2cl2sicl4，sicl42h2si4hcl。4用途：硅用作半导体材料，制造集成电路。1用焦炭在电炉中隔绝空气还原sio2制取粗硅时，为什么生成co而不是co2?提示：制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：cco2,2co，故产物是co而不是co2。2在焦炭与sio2制取粗硅的反应中，还原剂和还原产物分别是什么？提示：焦炭；硅。1硅的制备硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：(1)粗硅的制备：2csio2si(粗硅)2co(2)纯硅的制备：si(粗硅)2cl2,sicl4、sicl42h2高温,si(纯硅)4hcl。2硅及其化合物的“反常”(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。(2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却与强碱溶液反应放出氢气si2naohh2o=na2sio32h2。(3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成氢气，非金属单质与非氧化性酸不反应，但硅却与氢氟酸反应放出氢气：si4hf=sif42h2。(4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但sio2能与氢氟酸反应：sio24hf=sif42h2o。(5)非金属氧化物一般沸点较低，呈气态，但二氧化硅熔点很高，是固态。h2sio3是常温下呈固态的酸。(6)无机含氧酸一般都溶于水，但硅酸不溶于水。(7)常温下，硅的化学性质不活泼，但在自然界却不存在单质硅。(8)硅酸钠叫泡花碱，但它是盐，硅酸钠水溶液又称水玻璃，但其与玻璃成分不完全相同。(9)非金属单质一般为绝缘体，但硅为半导体，石墨为导体。(10)硅具有“亲氟”性：si2f2=sif4，si4hf=sif42h2，sio24hf=sif42h2o。3硅及其化合物的转化发生反应的化学方程式：sio2sio2；sio22naoh=na2sio3h2o；co2h2ona2sio3=na2co3h2sio3；h2sio3sio2h2o；sio22csi2co。1下列关于硅的说法正确的是()a硅是非金属元素，故它的单质是灰黑色没有金属光泽的固体b硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料c硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应d当加热到任何温度时，硅不能与氧气、氯气等非金属反应解析：选b常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热或高温条件下，硅能与氧气、氯气起反应。2制备硅单质时，主要化学反应如下：sio2(石英砂)2c(焦炭)高温,si(粗硅)2co；si(粗硅)2cl2加热,sicl4；sicl42h2高温,si(纯硅)4hcl。下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是()a为置换反应b均为氧化还原反应c为化合反应d三个反应的反应物中硅元素均被还原解析：选d反应中硅元素的化合价升高，被氧化，d项错误。三级训练节节过关1下列元素单质可用来作半导体的是()ac bs cp dsi解析：选dsi单质可用来作半导体。2地球的表层大多是岩石，而大多数岩石的主要成分都是硅酸盐，下面用盐或氧化物的形式表示岩石的组成，其中不正确的是()a钙沸石ca(al2si3o10)3h2o表示为caoal2o33sio23h2ob镁橄榄石(mg2sio4)可表示为2mgosio2c闪石ca2mg5si8o22(oh)2表示为2casio35mgsio3h2od高岭石al2(si2o5)(oh)4可表示为al2o32sio22h2o解析：选c 2casio35mgsio3h2o中ca与si的原子个数比为27，而闪石ca2mg5si8o22(oh)2中，ca与si原子个数比为28，错误。3下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是()a二氧化硅溶于水显酸性b二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸c单质硅常用作半导体材料和光导纤维d二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器解析：选bsio2是酸性氧化物，但其不溶于水，也不与水反应，化学性质十分稳定，能与氢氟酸反应。4关于硅及其化合物的叙述中，正确的是()a硅是良好的半导体材料，可以与naoh溶液和氢氟酸反应b二氧化硅与石灰石反应：sio2caco3casio3coc用焦炭还原二氧化硅生产硅：sio22csi2co2d水泥的主要成分是na2sio3、casio3和sio2解析：选ab项，正确的化学方程式为caco3sio2casio3co2；c项，正确的化学方程式为sio22c2cosi；d项，玻璃的主要成分是na2sio3、casio3、sio2。5黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。请回答下列问题：(1)黏土的主要成分的化学式为al2si2ox(oh)4，其中x的值是_，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为_。(2)在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有_，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是_(用化学方程式表示)。解析：(1)根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得3242(2)x(1)40，x5；黏土的主要成分以氧化物形式可表示为al2o32sio22h2o。(2)传统硅酸盐产品有水泥、玻璃和陶瓷，故水泥厂、玻璃厂属于硅酸盐工业；生产雕花玻璃是利用氢氟酸对玻璃的腐蚀性，即：sio24hf=sif42h2o。答案：(1)5al2o32sio22h2o(2)水泥厂、玻璃厂sio24hf=sif42h2o1下列溶液可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是()a稀盐酸b氢氟酸c氢氧化钠溶液 d氯化钠溶液解析：选cnaoh溶液呈碱性，能与玻璃中的sio2反应，生成的na2sio3溶液把瓶塞和瓶体粘在一起不易打开；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。2制备陶瓷和水泥共同的原料是()a石灰石 b黏土c石英 d石膏解析：选b制备陶瓷的原料是黏土、长石和石英等，制备水泥的原料是石灰石、黏土和其他辅助原料，所共同的原料是黏土。3下列反应能说明sio2是酸性氧化物的是()asio22csi2cobsio22naoh=na2sio3h2ocsio24hf=sif42h2odsio2caco3casio3co2解析：选b酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，故b项可证明sio2属于酸性氧化物。4(2016绍兴一中期末)下列有关物质制备说法不正确的是()a高温下焦炭还原二氧化硅制得粗硅 b可用na从ticl4的水溶液中生产tic可用co高温下还原赤铁矿炼铁 d可用石英、石灰石、纯碱在高温下生产玻璃解析：选bna可从熔融的ticl4中生产ti，不能有水，钠会与水反应。5下列变化中，不能一步实现的是()ana2sio3h2sio3 bh2sio3sio2csio2h2sio3 dsio2na2sio3解析：选cna2sio32hcl=h2sio32nacl；h2sio3sio2h2o；sio22naoh=na2sio3h2o。6生石灰中往往含有杂质caco3和sio2，要检验是否存在这两种杂质，最好选用()a水 b盐酸c硫酸 d烧碱溶液解析：选b检验caco3常用盐酸，而sio2又不溶于盐酸，故把生石灰(含caco3、sio2)投入足量盐酸中，若发现有气泡生成且有不溶物存在，可检验含有caco3和sio2。7下列有关说法中错误的是()a氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中b玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐c灼烧naoh固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的sio2能与naoh反应d由沙子制备光伏材料时的反应之一为sio22c高温,si2co解析：选ba项，氢氟酸能腐蚀玻璃，所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，正确；b项，水晶的主要成分是sio2，不是硅酸盐，错误；c项，瓷坩埚是硅酸盐产品，坩埚中的sio2能与naoh反应，正确；d项，沙子的主要成分是sio2，光伏材料的成分是晶体硅，由沙子制备光伏材料时的反应之一为sio22c高温,si2co，正确。8下列说法正确的是()a二氧化硅是酸性氧化物，它可以与碱反应，但不能与任何酸反应b根据反应sio2caco3casio3co2可推知硅酸的酸性比碳酸的强cco2气体通入硅酸钠溶液中可制得硅酸dsio2能溶于水，也能跟水反应生成酸解析：选ca项，sio2可与强碱反应，也可与氢氟酸反应，错误；b项，反应能够发生是因为co2以气体形式逸出而使反应进行得彻底，是利用sio2、co2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱，错误；c项符合“强酸制弱酸”的一般规律，正确；d项，sio2难溶于水，也不能与水反应，错误。9有a、b、c、d、e五种都含硅元素的物质，它们能发生如下变化：c受热后失水生成d；a溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀e；d与烧碱反应生成a和水；b在空气中燃烧生成d；d在高温下与碳酸钙反应生成e和一种气体；a溶液与盐酸反应可生成白色胶状沉淀c；d在高温下与碳反应生成单质b。试回答：(1)写出下列物质的化学式：a_、c_、e_。(2)写出下列反应的离子方程式：a溶液钙盐溶液白色沉淀e：_。dnaoh(溶液)ah2o：_。a溶液盐酸白色胶状沉淀c：_。解析：因a、b、c、d、e都含有硅元素，再由题中的转化关系可判断，a是na2sio3，b是si，c是h2sio3，d是sio2，e是casio3。答案：(1)na2sio3h2sio3casio3(2)sioca2=casio32ohsio2=sioh2osio2h=h2sio310(1)用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足以显示化学对现代物质文明发展中所起到的重要作用。例如：光导纤维的主要成分是_；目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是_；计算机芯片的主要成分是_。用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为_的化合物。(2)写出工业上制备该元素的单质及提纯的有关化学方程式：_，_，_。解析：(1)光导纤维的主要成分是sio2；应用于太阳能电池中作光电转化材料的是半导体硅；计算机芯片的主要成分也是硅；用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为铝硅酸盐的化合物。(2)工业提取纯硅的过程。答案：(1)sio2sisi铝硅酸盐(2)sio22c2cosi(粗硅)si2cl2sicl4sicl42h24hclsi(高纯硅)1下列有关硅的说法中不正确的是()a硅是非金属元素，但晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体b常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态的形式存在c硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料d硅在常温下能与naoh溶液发生氧化还原反应解析：选b硅的化学性质不活泼，在常温下只能与f2、氢氟酸和强碱发生反应，但自然界中不存在游离态的硅单质，b项错误；常温下，si与naoh溶液发生反应：si2naohh2o=na2sio32h2，该反应有化合价的变化，是氧化还原反应，d正确。2下列有关sio2的叙述正确的是()asio2不与任何酸反应b玻璃中含有sio2，所以不能用玻璃瓶盛装稀氢氧化钠溶液csio2是酸性氧化物，能与naoh反应dsio2能与水反应生成硅酸解析：选ca项，sio2可与氢氟酸反应；b项，可用玻璃瓶盛装稀naoh溶液，但不能用玻璃塞；d项，sio2与水不反应。3用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：sio22csi(粗)2cosi(粗)2cl2sicl4sicl42h2si(纯)4hcl下列关于上述反应的分析不正确的是()a属于置换反应，属于化合反应b高温下焦炭与氢气的还原性均强于硅c任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子d高温下将石英、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅解析：选da项，根据置换反应和化合反应的概念即可判断，正确；b项，由反应知焦炭的还原性强于硅，由反应知氢气的还原性强于硅，正确；c项，在三个反应中，硅元素的化合价从0变为4或从4变为0，故每消耗或生成28 g硅，转移电子均为4 mol，正确；d项，制备高纯硅时，先使石英与焦炭在高温下生成粗硅，再把粗硅与cl2反应制得sicl4，sicl4经提纯后再用氢气还原才可以得到高纯硅，错误。4过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成()水泥玻璃瓷器混凝土一种硅酸盐产品a bc d解析：选b泥沙的主要成分为sio2，泥沙、纯碱、生石灰熔化后发生的反应为sio2caocasio3，sio2na2co3na2sio3co2，所得物为过量sio2、casio3、na2sio3，属于玻璃，玻璃是一种硅酸盐产品。5绿柱石称为绿宝石，其主要成分为benal2si6o18，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为()a1 b2c3 d4解析：选c各元素的化合价标在元素符号的上面为：bna2s618中，根据化合物元素的化合价的代数和为0，可得2n3246218，n3。6下列有关硅酸盐的说法中正确的是()a硅酸盐中的阴离子都是siob硅酸盐都难溶于水c通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的dna2sio3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂解析：选d硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如na2sio3)，也包含结构复杂的硅酸盐，a项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如na2sio3、k2sio3等，b项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，c项错误。7下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()a在粗硅的提取中发生反应2csio22cosi，硅被氧化，所以碳的还原性大于硅的还原性b硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中c用sio2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入co2d由na2co3sio2co2na2sio3可知硅酸的酸性大于碳酸解析：选c反应中si元素化合价由4价降低到0价，sio2为氧化剂，被还原，硅为还原产物；c元素化合价由0价升高到2价，碳为还原剂，具有还原性，发生氧化反应，co为氧化产物，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，所以碳的还原性大于硅的还原性，硅不是被氧化而是被还原，故a错误；硅酸钠是一种无机粘合剂，能将玻璃塞和瓶体粘在一起，硅酸钠属于弱酸强碱盐，水解呈碱性，磨口玻璃塞中玻璃成分二氧化硅能和碱反应，生成具有粘性的硅酸钠，造成玻璃塞和瓶体粘在一起，不便于打开，所以硅酸钠不可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，故b错误；用sio2制取硅酸，先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，sio22naoh=na2sio3h2o，因碳酸酸性强于硅酸且硅酸溶解度较小易沉淀，所以通入co2，发生na2sio3co2h2o=h2sio3na2co3，制得硅酸，故c正确；酸性强弱的比较只有在没有外界条件干扰化学反应时才能比较，反应条件为高温干扰化学反应，所以不能说明硅酸酸性比碳酸酸性强，一般在溶液中强酸可制得弱酸，即硅酸钠溶液中通入co2，制得硅酸说明碳酸酸性强于硅酸，故d错误。8(2017温州普通高中联考)某混合物x由na2o、fe2o3、cu、sio2中的一种或几种物质组成。某校兴趣小组以两条途径分别对x进行如下实验探究。下列有关说法不正确的是()a由可知x中一定存在sio2b无法判断混合物中是否含有na2oc1.92 g固体成分为cud15.6 g混合物x中m(fe2o3)m(cu)11解析：选b向混合物中加入盐酸，得到蓝色溶液，一定发生反应fe2o36hcl=2fecl33h2o、2fecl3cu=2fecl2cucl2，向4.92 g固体中加入过量naoh溶液，过滤，固体质量减少到1.92 g，说明步骤中氧化铁完全反应，铜有剩余，4.92 g固体是铜和sio2的混合物，发生反应为sio22naoh=na2sio3h2o，所以由可知x中一定存在sio2,1.92 g固体成分是铜，a、c项正确；途径b中，混合物溶于水过滤，固体质量减少，一定发生反应na2o2h2o =2naoh,2naohsio2=na2sio3h2o，不溶物是氧化铁和铜，所以可以判断混合物中含有na2o，b项错误；d项，设氧化铁