第2讲含硅矿物与信息材料.doc

专题四 常见的非金属及其化合物第2讲 含硅矿物与信息材料【考纲要求】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单质及其重要化合物的性质及应用。【教学过程】一、碳、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 位，仅次于 ，全部以 态存在，是一种亲 元素，单质硅有 和 形两种。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 。Fe2O3：_碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性与O2反应 O2(足量)：O2(不足)：与氧化物反应 SiO2： CO2： 2C、Si的化学性质 与强氧化性酸反应 浓H2SO4：浓HNO3： (1)C(2)Si 与非金属单质 O2： F2：Si2F2=SiF4 Cl2：Si2Cl2 SiCl4 与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2 二、硅酸、硅酸盐1.硅酸硅酸 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为： 。(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 。2.硅酸盐(1)硅酸盐由 元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠硅酸钠水溶液俗称 ，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。(3)硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为 ，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为 。3传统无机非金属材料(1)普通玻璃主要原料： 。生产中主要化学方程式为 。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)： 。主要性能： 。(3)陶瓷主要是传统硅酸盐陶瓷，它们都是以黏土为原料，经高温烧结而成。迷津指点(1)注意：对于Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2和Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3两个反应，我们应从不同角度来理解，反应是在高温条件下进行，且高温下生成的CO2气体挥发，促进了反应的进行，它符合在高温下由不挥发性的酸酐置换挥发性酸酐的反应规律，而反应，把CO2气体通入Na2SiO3溶液，由于H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性弱，且硅酸的溶解度很小，因而促进了反应的进行，此反应是在溶液中进行的复分解反应，符合强酸制弱酸的规律。(2)玻璃的形态：玻璃不是晶体，没有固定的熔点，属于玻璃态物质。固体物质从结构上看主要分为三类：晶体、无定形态和玻璃态。所谓玻璃态物质是指介于晶体和无定形态之间的一种物质形态。玻璃态的物质的结构特点是：它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形态物质那样无规则排列。玻璃所具有的这种结构特征，决定了它没有固定的熔点，而是加热到某一温度范围内逐渐软化，进而变成液态。考点精讲考点一碳、硅及其化合物的特性1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。(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：SiO22CSi2CO，FeOCFeCO。(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：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(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：Si4HF=SiF42H2。(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：SiO24HF=SiF42H2O(SiF4不属于盐)。(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Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但高温下：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2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CH2O(g) COH2。(10)一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2H2O H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。2硅与铝的相似性及区别(1)与强碱溶液反应时相似Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3Al(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不与其他酸反应。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。3CO的检验向待检验溶液中滴加一定量的Ca2或Ba2的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的强酸，白色沉淀溶解且生成无色、无味的气体，则待检溶液中有CO。特别提醒(1)不能用Ca(OH)2溶液和Ba(OH)2溶液检验CO和HCO，原因是OH将HCO转化为CO；(2)加酸后可根据气体是否有气味排除SO的干扰；(3)不能只用加酸看是否有无色无味气体产生的方法检验，因CO与HCO两种离子都有该现象发生。例1 下列叙述正确的是()A因为Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强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，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸即时巩固 下列关于二氧化硅的说法是否正确？解释其理由。A二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成。B二氧化硅又叫硅酐。C二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸。D二氧化硅为酸酐，与碱反应不与酸反应。E二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2，所以硅酸酸性比碳酸强。考点二二氧化碳和二氧化硅二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物，其结构和主要性质可比较如下：物质二氧化硅二氧化碳化学式SiO2CO2主要物理性质硬度 ，熔、沸点 ，常温下为固体， 溶于水熔、沸点 ，常温下为气体，_ 溶于水化学性质与水反应 不反应 _与酸不反应 SiO24HF=_不反应 与碱反应_；盛碱液的试剂瓶用 塞 _或_化学性质与盐 反应SiO2Na2CO3_；利用SiO2的 性 Ca(ClO)2CO2H2O=_；CO2 Na2CO3H2O=_与碱性氧化物反应 SiO2CaO_ CO2CaO_ 思考1有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应，所以认为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？思考 2反应Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。反应Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2，能否说明H2SiO3的酸性强于H2CO3？例2 物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸等强酸。A与纯碱熔融反应，生成化合物B，同时放出气体C；把气体C通过B的溶液中，则得到化合物D；D在干燥空气中转变为化合物E；将E加热又得到化合物A。试写出A、B、C、D、E的化学式：A_、B_、C_、D_、E_。实验探究高纯硅的制取实验高纯硅在科技进步、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。实验探究1 单质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、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450500)，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图：相关信息如下：四氯化硅遇水极易水解硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：(1)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_。(2)甲方案：f接装置；乙方案：f接装置。但是装置、都有不足之处，请你评价后填写下表。方案优点缺点甲乙(3)在上述(2)的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表达： 。(4)SiCl4与H2反应的化学方程式为 。实验探究2 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2SiHCl3与过量H2在1 0001 100反应制得纯硅已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0)中含有少量SiCl4(沸点57.6)和HCl(沸点84.7)，提纯SiHCl3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代)是_。a.碘水号 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液高考集训题组一 碳及其化合物1.（2008全国理综，8）对于A族元素，下列叙述中不正确的是（ ）A. SiO2和CO2中，Si和O，C和O之间都是共价键B.C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8C.CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D.该族元素的主要化合价是+4和+22.(2007上海理综，53)目前，关于二氧化碳是否为大气污染物有不同的观点。认为“二氧化碳不是大气污染物”的理由是 （ ）二氧化碳是重要的化工原料 二氧化碳是植物光合作用的必需原料 二氧化碳是无色、无味、无毒的气体除二氧化碳外，甲烷、一氧化二氮也是温室气体A. B. C. D.题组二硅及其化合物3. 判断下列说法是否正确：(1)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 ( ) (2010山东理综13A)(2)A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料 ( )B.水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 ( ) (2010江苏4A、B)(3)可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品 ( ) (2010天津理综2B)(4)二氧化硅的分子式是SiO2 ( ) (2010上海2B)4(2009广东理基，22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A B C D5. (2009重庆理综，6)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是 ()材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅6. (2009四川理综，6)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是 ()A.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B.C60属于原子晶体，用于制造纳米材料C.纤维素乙酸酯属于天然高分子材料D.单晶硅常用于制造光导纤维7. (2007广东，6)下列说法正确的是 ()A.硅材料广泛应用于光纤通讯B.工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C.水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应8. (2010上海，23改编)胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)等化合物。(1)三硅酸镁的氧化物形式为_。(2)某元素与铝元素同周期且原子半径比镁原子半径大，该元素离子半径比铝离子半径_(填“大”或“小”)，该元素和铝元素的最高价氧化物的水化物之间发生反应的离子方程式为_。(3) Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是_。a.Al2O3、MgO和SiO2都不溶于水b.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体c.Al2O3、MgO和SiO2都是氧化物d.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点题组三化工工艺流程分析9. (2008广东，23)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