浙江省高三化学 第3单元11讲 含硅矿物与信息材料课件.ppt

第十一讲含硅矿物与信息材料 一 半导体材料硅和二氧化硅1 半导体材料与单质硅 1 半导体材料指导电能力介于 和 之间的一类材料 最早使用的半导体材料是锗 现被广泛使用的半导体材料是 它在地壳中的含量仅次于 2 单质硅有晶体硅和无定形硅两种 晶体硅是灰黑色 有金属光泽 硬而脆的固体 3 自然界中没有 态的硅 常见的 态的硅有 和 工业上 用焦炭在电炉中还原sio2得到粗硅 化学方程式为 导体 绝缘体 硅 氧 游离 化合 硅酸盐 sio2 sio2 2csi 2co 4 硅常温下性质稳定 只能与f2 hf naoh溶液反应 在空气中燃烧 与naoh溶液反应 5 硅的工业制法 有关化学方程式sio2 2csi 粗 2co si 2cl2sicl4 sicl4 2h2si 纯 4hcl 2 二氧化硅 1 晶体 具有 结构 溶于水 不 正四面体 原子 si 2naoh h2ona2sio3 2h2 si o2sio2 高温 高温 高温 2 二氧化硅的化学性质 例 与碱反应 如与naoh反应 与盐反应 如与caco3反应 与na2co3反应 与碱性氧化物反应 特性 与hf反应 用于雕刻玻璃 不与其他酸反应 与c反应 自然界中的石英 玛瑙 含杂质的石英 的主要成分都是sio2 sio2 2csi 2co sio2 4hfsif4 2h2o sio2 caocasio3 sio2 na2co3na2sio3 co2 sio2 caco3casio3 co2 sio2 2naohna2sio3 h2o 高温 高温 高温 高温 3 光导纤维 1 主要成分 2 用途 通讯 能量传输 信息处理 遥测遥控 医疗器械等 3 优点 耐腐蚀 传送量大 损耗少 抗干扰等 二 硅酸 硅酸盐1 硅酸 1 性质硅酸是 溶于水的弱酸 其酸性比碳酸弱 硅酸不能使紫色石蕊试液变红色 硅酸不稳定 受热易分解 硅酸能与碱溶液反应 如与naoh溶液反应的化学方程式为 h2sio3 2naohna2sio3 2h2o h2sio3sio2 h2o sio2 难 硅酸在水中易聚合形成胶体 浓度较小时 无色透明溶液 浓度较大时 凝胶 硅酸凝胶干燥脱水 硅酸干胶 又称硅胶 吸附水分能力强 常用作干燥剂 也用作催化剂的载体 2 制备硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得 反应的化学方程式为 na2sio3 2hcl2nacl h2sio3 na2sio3 co2 h2ona2co3 h2sio3 2 硅酸盐 1 硅酸盐种类很多 常见的可溶性硅酸盐如 na2sio3水溶液俗称 是一种无色黏稠液 常用作黏合剂 耐火材料及防腐剂 硅酸盐是一类结构复杂的物质 一般都 化学性质很 通常用 和 的形式表示其组成 2 用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成 硅酸钠 na2sio3 硅酸钙 casio3 高岭石 al2 si2o5 oh 4 al2o3 2sio2 2h2o cao sio2 na2o sio2 金属氧化物 二氧化硅 稳定 水玻璃 硅酸钠 不溶于水 特别提醒 硅酸盐由于组成比较复杂 常用氧化物形式来表示 氧化物的顺序 活泼金属氧化物 较活泼金属氧化物 二氧化硅 水 氧化物前计量数配平原则 除氧元素外 其他元素按配平前后原子个数守恒原则配平计量数 注意事项 氧化物之间以 隔开 计量数配置出现分数应化为整数 三 无机非金属材料硅酸盐工业简介1 含义 以 为原料 高温条件下发生复杂的物理及化学变化 冷却后得到硅酸盐产品 2 传统无机非金属材料 1 普通水泥 主要原料 主要成分 写出名称和化学式 主要性能 性 含硅物质 石灰石 黏土 硅酸三钙3cao sio2 硅酸二钙2cao sio2 铝酸三钙3cao al2o3 水硬 2 普通玻璃 主要原料 主要化学方程式 主要成分 特种玻璃 石英玻璃 光学玻璃 钢化玻璃 有色玻璃等 3 新型无机非金属材料的种类和用途 纯碱 石灰石 石英 sio2 na2co3na2sio3 co2 caco3 sio2casio3 co2 na2sio3 casio3和sio2 高温 高温 硅及二氧化硅的性质 例1 指出下列反应中sio2所表现的化学性质或作用 在a d选项中选择正确答案填入括号内 sio2 2naohna2sio3 h2o sio2 na2co3na2sio3 co2 sio2 2csi 2co sio2 4hfsif4 2h2o a 作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀b 氧化性c 酸性氧化物的通性d 将挥发性的酸酐从其盐中置换出来 d 高温 高温 c a b 解释 本题全面考查sio2的性质 将所给选项结合实际一一对应查找 a用来雕刻玻璃 应有氢氟酸 hf 参与反应 b中氧化性是指反应物sio2中si得电子 化合价降低 d是挥发性酸酐 应为co2而不是co 表现酸性氧化物的通性是指sio2与碱的反应 迁移训练1 2010 广州综合测试 有些科学家提出硅是 21世纪的能源 这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用 下列关于硅的说法不正确的是 a 高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片b 硅可由二氧化硅还原制得c 常温时硅与水 空气和酸不反应 但能与氢氟酸反应d 自然界硅元素的贮量丰富 并存在大量的单质硅 解释 自然界中无单质硅存在 d 硅酸及硅酸盐的性质 例2 嘉兴一模 将过量的co2分别通入 cacl2溶液 na2sio3溶液 ca clo 2溶液 饱和na2co3溶液 naalo2溶液 最终有沉淀生成的是 a b c d c 解释 过量的co2通入 cacl2溶液 无明显现象 因为不发生反应 na2sio3溶液 发生反应2co2 na2sio3 2h2oh2sio3 2nahco3 ca clo 2溶液 发生反应2co2 ca clo 2 2h2oca hco3 2 2hclo 无沉淀 饱和na2co3溶液 发生反应co2 na2co3 h2o2nahco3 有沉淀 naalo2溶液 发生反应co2 naalo2 2h2onahco3 al oh 3 迁移训练2 绍兴二模 下列物质 氢氟酸 浓h2so4 烧碱溶液 na2co3固体 氧化钙 浓hno3 其中在一定条件下能与sio2反应的有 a b 全部c d 解释 sio2只能与酸类物质中的氢氟酸反应 sio2为酸性氧化物 与 能反应 na2co3 sio2na2sio3 co2 是制取玻璃时发生的一个反应 c 硅酸盐工业 例2 下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 a 传统无机非金属材料是指 玻璃 水泥 陶瓷等硅酸盐材料b 新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点 但强度比较差c 高温结构材料具有耐高温 耐酸碱腐蚀 硬度大 耐磨损 密度小等优点d 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 bd 解释 无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类 传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料 包括玻璃 水泥 砖瓦 陶瓷等 新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料 新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比 具有许多优良性能 如耐高温 耐磨损 耐酸碱腐蚀 具有压电效应 具有生物功能等 答案 1 27 2 2 3 往容量瓶内加适量水 塞好瓶塞 用另一只手的五指托住瓶底 把瓶倒立过来 如不漏水 把瓶塞旋转180 后塞紧 再把瓶倒立过来 若不漏水 才使能用 4 偏低 偏高 偏低 偏高 迁移训练3 下列叙述正确的是 氧化铝是一种比较好的耐火材料 可用来制造耐火坩埚 氧化铁常用作红色油漆和涂料 硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料 以纯碱 石灰石 石英为原料可制普通玻璃 石灰石 高岭石 石英和水晶的主要成分都是sio2a b c d d 解释 中石灰石的主要成分是碳酸钙 化学式是caco3 高岭石的主要成分是硅酸盐 化学式是al2 si2o5 oh 4或al2o3 2sio2 2h2o 石英 水晶的主要成分是sio2 硅及其化合物的相互转化关系 例4 绍兴高级中学模拟 几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示 试判断 1 写出下列几种物质的化学式 a b c d e f 解释 本题考查含硅物质之间的转化 可从b作为突破口解答 a b c d e f均为含硅元素的物质 要推断这些物质 必须选定其中一种作为突破口 从图中分析b物质涉及的与其他物质的关系最多 其位置关系最为关键 且其中有明显的性质特征 b物质可与na2o在高温条件下反应生成钠盐d 故b可能为sio2或硅酸 但硅酸不可能由某物质通过高温强热的方法制取 显然b只能为sio2 sio2与c在强热条件下混合反应可制得单质硅 而单质硅可与naoh溶液在室温下反应而生成na2sio3 所以a为硅 d为na2sio3 在na2sio3溶液中通入co2 将析出原硅酸 h4sio4 无论是在na2sio3溶液中加入cacl2 还是sio2和caco3在高温下反应 或者是h4sio4与cao共热 都将得到casio3固体 由此可知e为casio3 f为原硅酸 原硅酸在空气中干燥 可失水而成为硅酸 硅酸加热分解为sio2 故c为硅酸 答案 1 sisio2h2sio3na2sio3casio3h4sio4 2 sio2 2csi 2co caco3 sio2casio3 co2 3 si 2oh h2o 2h2 sio co2 2h2oh4sio4 高温 高温 迁移训练4 a b c d e代表单质或化合物 它们之间的相互转换关系如图所示 a为地壳中含量仅次于氧的非金属单质 请填空 1 形成的单质a的原子结构示意图为 它的最高化合价为 写出单质a的两种重要的用途 4 半导体 合金 2 b的化学式 分子式 为 工业上制取a的化学方程式为 3 c的化学式 分子式 为 b与氢氧化钠反应的离子方程式为 sio2 2oh h2o casio3 sio2 2csi 2co sio2 高温 解释 a为地壳中含量仅次于氧的非金属单质 可知a为si 其原子结构示意图为 最外层电子数是4个 所以最高化合价为 4价 b能与cao naoh和碳单质反应 且与碳单质反应生成si 可推知b为sio2 e为co c为casio3 d为na2sio3 有关硅及其实验 例5 为确认ch3cooh h2co3和h2sio3的酸性强弱 设计了下图装置 一次实验即可达到目的 不必再选用其他酸性溶液 1 a中盛放的试剂为 a中反应的离子方程式为 2 b中盛放的试剂为 其作用是 3 c中盛放的试剂为 c中产生的现象是 解释 本题可利用 强酸制弱酸 的原理来达到目的 有关的反应有2ch3cooh caco3 ch3coo 2ca co2 h2o na2sio3 co2 h2ona2co3 h2sio3 考虑到醋酸的挥发 通入到na2sio3溶液中的co2必须净化 所以选择饱和nahco3溶液来除去co2气体中的ch3cooh 当然 也可通过比较等浓度条件下的ch3coona溶液 nahco3溶液和na2sio3溶液的ph来间接地达到实验目的 答案 1 大理石或碳酸钠粉末2ch3cooh caco3 ca2 2ch3coo co2 h2o 2 饱和nahco3溶液降低co2在水中的溶解度 除去挥发的ch3cooh杂质 3 饱和na2sio3溶液产生白色的沉淀 迁移训练5 2009 浙江 单晶硅是信息产业中重要的基础材料 通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅 含铁 铝 硫 磷等杂质 粗硅与氯气反应生成四氯化硅 反应温度450 500 四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅 以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图 相关信息如下 a 四氯化硅遇水极易水解 b 硼 铝 铁 磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物 c 有关物质的物理常数见下表 请回答下列问题 1 写出装置a中发生反应的离子方程式 2 装置a中g管的作用是 装置c中的试剂是 装置e中的h瓶需要冷却的理由是 3 装置e中h瓶收集到的粗产物可通过精馏 类似多次蒸馏 得到高纯度四氯化硅 精馏后的残留物中 除铁元素外可能还含有的杂质元素是 填写元素符号 al p cl 使sicl4冷凝 浓硫酸 平衡压强 mno2 4h 2cl mn2 cl2 2h2o 4 为了分析残留物中铁元素的含量 先将残留物预处理 使铁元素还原成fe2 再用kmno4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定 反应的离子方程式是5fe2 mno 8h 5fe3 mn2 4h2o 滴定前是否要滴加指示剂 填 是 或 否 请说明理由 某同学称取5 000g残留物 预处理后在容量瓶中配制成100ml溶液 移取25 00ml试样溶液 用1 000 10 2mol l 1kmno4标准溶液滴定 达到滴定终点时 消耗标准溶液20 00ml 则残留物中铁元素的质量分数是 4 480 kmno4溶液自身可作指示剂 否 解释 该题为传统的综合实验方案设计题 综合了氯气的制法 硅的提纯 滴定法等实验知识 对有效数字的运算规则也有要求 实验原理是用cl2与si反应生成sicl4 所以a装置是用mno2与浓盐酸反应制备cl2 b装置除去cl2中的hcl气体 c装置干燥cl2 在d装置中cl2与si反应生成sicl4 由于sicl4遇水极易水解 必须干燥 并防止空气中的水蒸气进入 sicl4熔沸点低 必须冷却 根据所给表中其他物质的熔沸点 可知杂质元素还有al p cl bcl3以气体形式分离了 滴定操作不需要指示剂的原因是kmno4在反应的前后有颜色的变化 说明已经到滴定终点 根据滴定反应原理 5fe2 mno1 000 10 2mol l 20 00 10 3l 5 4 n fe2 1 2010 福建 下列各组物质中 满足下图物质一步转化关系的选项是 c 解释 本题考查考生对常见元素及其化合物知识的掌握情况 可用代入法 即把各选项中的x y z代入图中的圆圈中进行判断 c中co2与单质镁反应可以生成氧化镁和单质碳 2 某溶液中可能含有k so co hco sio 向该溶液中加入稀盐酸 产生了白色浑浊和无色无味气体 下列说法正确的是 a 无法判断溶液中是否含k b 该溶液中一定含有k sio 可能含有hcoc 该溶液中无so 一定含有cod 该溶液中只含有k 和co b 解释 在溶液中加入盐酸后 有白色浑浊出现 说明sio存在 因为发生如下反应 sio 2h h2sio3 有无色无味气体生成 说明so一定不存在 因为so 2h h2o so2 so2具有刺激性气味 co hco可能存在 因为co 2h h2o co2 hco h h2o co2 溶液呈电中性 不可能只存在阴离子 所以k 一定存在 3 下列说法正确的是 a 在常温下 sio2既能与naoh溶液反应 又能与hf溶液反应 因此sio2是两性氧化物b 在高温下时 sio2可与na2co3反应放出co2 所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强c 工业上用木炭还原二氧化硅制取硅 在反应中氧化剂与还原剂的质量之比为2 5d 二氧化硅属原子晶体 熔沸点很高 可用作耐火材料 d 解释 sio2不是两性氧化物 属于