复习提纲含硅矿物与信息材料.ppt

第一单元含硅矿物与信息材料 1 了解C Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用 2 了解C Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响 3 以新材料 新技术为背景考查C Si元素及其重要化合物的性质及应用 一 碳和硅1 C Si单质的存在形态 物理性质及用途 1 碳在自然界既有 态又有 态 碳的同素异形体有 无定形碳 等 2 硅在地壳中的含量占第二位 仅次于 全部以 态存在 是一种亲 元素 单质硅有 和 两种 晶体硅是良好的 材料 在计算机等电子工业 可用作 大规模 等 硅是人类将 能转化为 能的常用材料 所以硅还用于制造 游离 化合 金刚石 石墨 C60 氧 化合 氧 晶体 无定 形 半导体 半导体芯片 集成电路 太阳 电 光电池 C Si的化学性质 1 碳单质的化学性质常温下 填 不 或 很 活泼 在高温条件下有强 可燃性 还原性a 与Fe2O3反应的化学方程式 b 与CO2反应的化学方程式 c 与水蒸气反应的化学方程式 d 与浓H2SO4反应的化学方程式 2 还原性 不 2 硅单质的化学性质常温下化学性质不活泼 但能与 反应 与氢氟酸反应的化学方程式 与烧碱反应的离子方程式 加热时与O2 Cl2等非金属单质反应 其化学方程式为 F2 HF 强碱 Si 4HF SiF4 2H2 为什么不用带玻璃塞的玻璃瓶保存碱液 提示因玻璃中含有SiO2 能与碱性溶液中OH 发生反应而生成硅酸盐 故盛放碱性溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞 其反应的离子方程式为 SiO2 2OH H2O 但由于反应极慢 因而盛放碱液仍可用玻璃瓶 只是瓶塞应用橡皮塞或软木塞 二 硅酸 硅酸盐1 硅酸 硅酸的性质硅酸 溶于水 其酸性比碳酸 硅酸 填 能 或 不能 使紫色石蕊试液变红色 1 硅酸不稳定 受热易分解 2 硅酸能与碱溶液反应 如与NaOH溶液反应的化学方程式 3 硅酸在水中易聚合形成胶体 硅胶吸附水分能力强 常用作 不 弱 不能 H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O 干燥剂 硅酸钠 1 物理性质 白色 可溶于水的粉末状固体 其水溶液俗称 有黏性 2 化学性质 水解显 性 与酸性比硅酸强的酸反应 与盐酸反应 与CO2水溶液反应 3 用途 黏合剂 矿物胶 耐火阻燃材料 2 水玻璃 碱 Na2SiO3 2HCl 2NaCl H2SiO3 Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3 硅酸盐 1 概念 由硅 的总称 是构成地壳岩石的主要成分 2 表示方法 硅酸盐矿物的成分复杂 多用氧化物的形式表示它们的组成 如硅酸钠 Na2SiO3 写成 钾云母 KH2Al3Si3O12 写成 3 由硅 氧和金属元素组成的化合物 Na2O SiO2 K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 能否依据Na2CO3 SiO2Na2SiO3 CO2 说明H2SiO3的酸性比H2CO3强 提示不能 因为酸盐互化关系 强酸 弱酸盐 强酸盐 弱酸 仅适用于常温下水溶液中进行的反应 而该反应是在高温且干态下进行 只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因 因CO2为气体 及时离开反应体系 使化学反应得以向右进行 三 无机非金属材料1 传统无机非金属材料 1 普通玻璃主要原料 主要成分 2 普通硅酸盐水泥主要原料 主要成分 写出名称和化学式 2 特殊功能的含硅物质 1 具有金刚石结构 可用作磨料 2 含硅元素4 的硅钢具有 性 3 硅橡胶具有 的性质 纯碱 石灰石 石英 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 石灰石 黏土 硅酸三钙 3CaO SiO2 硅酸二钙 2CaO SiO2 铝 酸三钙 3CaO Al2O3 碳化硅 导磁 既耐高温又耐低温 五种溶液通入过量CO2后溶液仍浑浊 符合条件的五种溶液是 Na2SiO3溶液 NaAlO2溶液 饱和的Na2CO3溶液 饱和NaCl的氨溶液 侯氏制碱原理 一种技巧SO2和CO2都可以使澄清石灰水先变浑浊后变澄清 所以当SO2和CO2同时存在时 要想证明CO2的存在 应先将SO2除去再通入澄清石灰水中 我的警示CO2 SO2 SiO2均为酸性氧化物 但SiO2不能与水直接化合生成H2SiO3 SiO2先转化为硅酸盐 才能进一步转化为硅酸 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl图示闪记 碳 硅元素单质及其化合物的特性 1 一般情况 非金属元素单质熔 沸点低 硬度小 但硅 金刚石熔 沸点高 硬度大 其中金刚石为硬度最大的物质 2 一般情况 非金属元素单质为绝缘体 但硅为半导体 石墨为电的良导体 碳 硅及其化合物的特征及应用 1 3 一般情况 较强氧化剂 较强还原剂 较弱氧化剂 较弱还原剂 而碳却还原出比它更强的还原剂 SiO2 2C 4 非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化剂又作还原剂 而Si与碱溶液反应却只作还原剂 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 5 一般情况 较活泼金属 酸 盐 氢气 然而Si是非金属 却能与氢氟酸发生反应 Si 4HF SiF4 2H2 6 一般情况 碱性氧化物 酸 盐 水 SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应 SiO2 4HF SiF4 2H2O SiF4不属于盐 Si 2CO FeO CFe CO 7 无机酸一般能溶于水 而H2SiO3及H4SiO4却难溶于水 8 H2CO3的酸性大于H2SiO3 所以有Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3 Na2CO3 但高温下 Na2CO3 SiO2Na2SiO3 CO2 也能发生 CO2离开反应体系 9 一般情况 非常活泼的金属 Na K等 才能够置换出水中的氢 但C H2O g CO H2 10 一般情况 非金属氧化物与水反应生成相应的酸 如CO2 H2OH2CO3 但SiO2不溶于水 不与水反应 硅与铝的相似性及区别 1 相似性 Si Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2 SiO2 Al2O3 H2SiO3 H3AlO3 Al OH 3 均与NaOH溶液反应生成盐和水 Na2SiO3 NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色沉淀 2 区别 除氢氟酸外 Si SiO2 H2SiO3不与其它酸反应 Al2O3 Al OH 3属两性化合物 Na2SiO3溶液 NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同 2 2011 临汾月考 下列叙述正确的是 B 碳和硅都是 A族的元素 所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似C 二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸 所以二氧化硅是两性氧化物D 二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物 但二氧化硅不能与水反应生成硅酸 典例1 解析根据酸盐之间复分解反应进行的方向判断酸性强弱一般是在常温湿态下适用 在高温干态下不适用 事实是碳酸酸性比硅酸强 故A项错误 CO2和SiO2的结构不同 在物理性质方面有很大的差异 故B项错误 SiO2与氢氟酸反应 不属于酸性氧化物与酸的一般反应 在此反应中SiO2没有表现碱性 故C项错误 SiO2虽属于酸性氧化物 但不能直接与H2O反应生成H2SiO3 D项正确 答案D 2012 原创 下列说法正确的是 A 二氧化硅是酸性氧化物 它可以跟碱反应 但不能与任何酸反应C 二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D 晶体硅常被用来制造光导纤维 应用1 答案C 2012 安庆质检 从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下 关于上述反应的分析不正确的是 A 是置换反应 是化合反应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28g硅 均转移4mole D 高温下将石英砂 焦炭 氯气 氢气按一定比例混合可得高纯硅解析此三步反应按照顺序进行 才可制得高纯硅 故选D 答案D 应用2 硅与二氧化硅都是原子晶体 其结构模型可由金刚石的结构类推 如果将金刚石结构中的碳原子全部用硅原子代换 则为硅晶体 在硅晶体中 每两个硅原子之间夹一个氧原子 即为二氧化硅 由于键长 Si Si Si C C C 所以 其硬度和熔 沸点 硅晶体 碳化硅 金刚石 注意二氧化硅的熔 沸点比硅高 硅和二氧化硅的结构比较 2012 苏州模拟 1molSiO2晶体中含有Si O共价键的物质的量是 A 1molB 2molC 3molD 4mol思路点拨1 金刚石与晶体硅的结构相似 它们都是以4个共价键形成的正四面体空间网状结构 键角均为109 28 SiO4 正四面体结构 典例2 O Si O夹角为109 28 每个O原子又同时连接2个硅原子 解析1molSiO2中含有4mol共价键 在SiO2晶体中 是由许多个 SiO4 四面体组成的 每个Si原子周围结合着4个O原子 同时每个O原子又与两个Si原子结合 如 每个正四面体均以Si原子为中心 包括4个Si O键 答案D 1mol晶体硅中含有Si Si键的数目是 设阿伏加德罗常数为NA A 0 5NAB NAC 2NAD 4NA解析晶体硅结构与金刚石相似 每个硅原子与另外4个硅原子相连 Si Si键夹角109 28 其中在计数时 每个Si Si键数过2次 总数应减半 答案C 应用3 硅酸盐材料硅酸盐工业 以含硅物质为原料 经过加热制成硅酸盐产品的工业 如制造水泥 玻璃 陶瓷等 常见新型无机非金属材料 1 高温结构陶瓷 结构材料 是指利用强度 硬度 韧性等机械性能制成的各种材料 如金属单质及合金等 无机非金属材料 1 2 高温结构陶瓷的性能 高温结构陶瓷既具有传统意义上的陶瓷的优点 又弥补了金属材料的缺点 其特点是 能经受高温 耐氧化 耐酸碱腐蚀 硬度大 耐磨损 密度较小等 高温结构陶瓷的品种 已得到广泛使用的有氧化铝陶瓷 氮化硅陶瓷 碳化硼陶瓷等 用途 Al2O3陶瓷 人造刚玉 用作耐火材料 球磨机 高压钠灯管等 Si3N4陶瓷用作机械构件 柴油机等 2 光导纤维 光导纤维简称光纤 是一种能高质量传导光的玻璃纤维 导光原理是利用光纤材料具有较大的折射率 可在其中传导而少损耗的性质 通信优点有传输信息量大 抗干扰性能好 不辐射 防窃听 不怕腐蚀 铺设方便等 用途 光纤广泛用于通讯业 医疗 信息处理 传能传像 遥控 照明等 2012 盐城模拟 世界著名的科技史专家 英国剑桥大学的李约瑟博士考证说 中国至少在距今3000年以前 就已经使用玻璃了 下列有关玻璃的说法不正确的是 A 制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B 玻璃在加热熔化时没有固定的熔点C 普通玻璃的成分主要是硅酸钠 硅酸钙和二氧化硅D 盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起解析制普通玻璃的原料主要有石灰石 纯碱和石英 A项不正确 普通玻璃是混合物 没有固定的熔点 B正确 答案A 典例3 石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料 结构示意图如右图所示 可由石墨剥离而成 具有极好的应用前景 下列说法正确的是 A 石墨烯与石墨互为同位素B 0 12g石墨烯中含6 02 1022个碳原子C 石墨烯是一种有机物D 石墨烯中碳原子间以共价键结合解析A项 石墨烯和石墨是同素异形体 B项 0 12g石墨烯物质的量为0 01mol 含6 02 1021个原子 C项错 答案D 典例4 碳和硅的知识属于常考点 尤其是硅及其化合物的性质应用有渐热的趋势 随着新能源 新材料 新工艺的应用 高考将对碳和硅的化合物性质及实验进行重点考查 以选择题为基础 以化工题为提高题型 预计2013年将有多种考查方式出现 单击此处进入高考揭秘 名师偈语 高纯硅在科技进步 信息革命 新能源研究等方面起到了至关重要的作用 在各类考试中 有关高纯硅的制取问题 一直是命题的热点 探究实例 硅单质及其化合物应用范围很广 请回答下列问题 1 制备硅半导体材料必须先得到高纯硅 三氯甲硅烷 SiHCl3 还原法是当前制备高纯硅的主要方法 生产过程示意图如下 写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式 整个制备过程必须严格控制无水无氧 SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3 HCl和另一种物质 写出配平的化学反应方程式 H2还原SiHCl3过程中若混入O2 可能引起的后果是 2 下列有关硅材料的说法正确的是 填字母 A 碳化硅化学性质稳定 可用于生产耐高温水泥B 氮化硅硬度大 熔点高 可用于制作高温陶瓷和轴承C 高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料 光导纤维D 普通玻璃是由纯碱 石灰石和石英砂制成的 其熔点很高E 盐酸可以与硅反应 故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅 3 硅酸钠水溶液俗称水玻璃 取少量硅酸钠溶液于试管中 逐滴加入饱和氯化铵溶液 振荡 写出实验现象并给予解释 解析 1 根据原子守恒即质量守恒可以写出SiHCl3与H2反应的化学方程式 SiHCl3和H2O剧烈反应生成H2SiO3 HCl和另一种物质 分析它们化合价的变化可知 而Cl的化合价未发生变化 因此另一种元素即H元素的化合价必定降低 即另一种物质是H2 2 碳化硅 氮化硅为原子晶体 A B和C都正确 玻璃是一种玻璃态物质 无固定的熔点 盐酸不能与硅反应 而HCl在573K以上的温度下可与硅发生反应 因此D E都不正确 答案 1 SiHCl3 H2Si 3HCl SiHCl3 3H2O H2SiO3 3HCl H2 氧气与氢气混合 可能引起爆炸 氧气可能会氧化SiHCl3 2 ABC 3 现象 试管中有白色胶状沉淀生成 并且有刺激性气味气体生成 解释 Na2SiO3和NH4Cl均能够水解 两者相互促进 Na2SiO3水解生成H2SiO3 NH4Cl水解产生NH3 1357K 探究应用 在工业中利用镁制取硅