第08讲 硅酸盐材料 硅（学生版）-高一化学同步讲义（人教版必修第二册）

第08讲第08讲硅酸盐材料硅知识导航知识导航模块一硅酸盐材料模块一硅酸盐材料知识精讲知识精讲一、硅元素的“位——构——性”元素位置原子结构元素性质第三周期第IVA族既不容易得到也不容易失去电子，主要形成四价的共价化合物硅元素在地壳中含量仅次于氧，居第二位。硅有亲氧性，在自然界中仅以________态存在，即硅酸盐和氧化物的形式。二、硅酸盐的概念、结构与特点1．概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。2．结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。3．特点：硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。三、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥陶瓷玻璃水泥主要原料黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）黏土、石灰石主要成分Al2O3·2SiO2·2H2ONa2CO3、CaCO3、SiO2硅酸二钙、铝酸三钙等反应原理高温烧结而成高温下发生复杂的物理和化学变化用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等制混凝土，大量用于建筑和水利工程制取玻璃的反应方程式为:____________________________________________________________________。四、最简单的硅酸盐——硅酸钠1．Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。2．用途：黏合剂，防火剂，制备硅胶。经典例题经典例题题型一：传统无机非金属材料【例1】下列物质中不含硅酸盐的是（）A．陶瓷 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰【变1-3】2013年2月，俄罗斯境内有大量陨石坠落，经化学分析，陨石中游离态的铁含量约为10%，此外还有橄榄石（Fe2SiO4）、亚硫酸盐等成分，下列有关说法正确的是A．此陨石是一种纯度较高的硅酸盐矿石B．此陨石具有耐酸碱的特性C．陨石中含有游离态的铁是因为在外太空中铁的活性比地球上铁的活性低D．橄榄石中Fe为+2价模块二硅模块二硅知识精讲知识精讲一、硅单质的物理性质与用途1．物理性质：硅单质是带有金属光泽的灰黑色固体，其结构与金刚石类似，为空间网状结构，所以晶体硅的硬度大、熔点高。2．用途：硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界处，晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是一种良好的_________材料，因此晶体硅常用于制作集成电路板（硅芯片）和太阳能电池极板。二、硅的化学性质1．与非金属单质反应（1）与F2：Si+2F2=SiF4；（2）与Cl2：Si+2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4；（3）与O2：Si+O2eq\o(=,\s\up7(高温))SiO2；（4）与C：Si+Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC2．与酸、碱反应（1）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：Si+4HF=SiF4↑+2H2↑；（2）硅与强碱溶液反应生成氢气：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。三、硅的制备制备原理用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。制备流程反应方程式经典例题经典例题题型二：硅的性质及应用【变3-2】硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中，正确的是（）A．如图是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力是以Si为原料制作的太阳能电池B．晶体硅主要用途是制造光导纤维C．硅是地壳中含量最多的元素D．硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在题型三：硅的制备【变4-1】由SiO2制备高纯度硅的工业流程如图所示：下列说法错误的是A．SiO2与纯硅都是硬度大、熔沸点高的晶体B．X为CO气体C．反应②产生的H2与反应③产生的HCl可以循环使用D．反应①②③均为在高温条件下的非氧化还原反应【例5】硅单质及其化合物应用范围很广，请回答下列问题：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：(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式___________；(2)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_________。提分特训提分特训【题1】下列关于硅酸盐材料的说法错误的是A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B．生产陶瓷的主要原料是黏土C．普通玻璃的主要成分只有SiO2D．普通硅酸盐水泥的生产以石灰石和黏土为主要原料【题2】硅谷是世界上最知名的电子工业集中地，以硅芯片的设计与制造著称于世。下列有关硅的说法正确的是A．硅既不易失去电子又不易得到电子，所以既不能作氧化剂，又不能作还原剂B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离态的形式存在D．在电子工业中，硅是最重要的半导体材料【题3】唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于（

）A．氧化铝 B．二氧化硅 C．硅酸盐 D．合金【题4】晶体硅是一种重要的非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”。(1)工业上生产纯硅的工艺流程如下：石英砂的主要成分是SiO2，在制备粗硅时，焦炭的作用是__________(填“氧化剂”或“还原剂”)；在该反应中，若消耗了3.0gSiO2，则转移电子的总数为_______________。(2)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0℃)与过量H2在1000℃～1100℃反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。装置如图所示(热源及夹持装置略去)。①装置B中的试剂是___________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_________________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________________；装置D中发生反应的化学方程式为___________________________________。③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需要加入的试剂有______(填字母)。a.碘水

b.氯水

c.Na2SO3溶液

d.KSCN溶液【题5】某实验小组设计了如图所示装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物进行探究。已知：溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为（产生黑色金属钯，使溶液变浑浊）。(1)实验时要长时间通入，其目的是__________________________________________________。(2)装置B的作用是__________________________________________________。(3)装置C、D中所盛试剂分别为_____________、_____________，若装置C，D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为__________________________。(4)该装置的缺点是__________________________________________________。提分作业提分作业【练1】下列叙述错误的是A．硅在自然界中主要以单质形式存在 B．硅是应用最为广泛的半导体材料C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．二氧化硅可用于生产玻璃【练2】制备硅单质时，主要化学反应如下：(1)SiO2+2CSi+2CO↑(2)Si+2Cl2SiCl4(3)SiCl4+2H2Si+4HCl下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是A．(1)(3)为置换反应 B．(1)(2)(3)均为氧化还原反应C．(2)为化合反应 D．三个反应的反应物中硅元素均被还原【练3】下列关于硅的说法正确的是（

）A．单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间B．单质硅是制造光导纤维的材料C．硅为非金属，熔点低，但有金属光泽D．晶体硅为非金属，属于绝缘体【练4】晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有______(填标号)。(2)写出反应①的化学方程式：______。(3)化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至反应，可生成化合物W，其化学方程式是______。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是______(填化学式，下同)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是______。课后检测(时间：100分钟满分：100分)第Ⅰ卷一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分，每小题只有一个正确选项)1．2011年3月17日，因日本福岛第一核电站生核辐射泄漏，放射碘可能被附近居民吸入，引发甲状腺疾病或甲状腺癌。我国香港和内地出现抢购碘盐的疯狂热潮，用于防护核辐射，医疗专家提醒：由于碘盐中碘含量相对较低，根本起不到预防放射性碘的作用，不可盲目过量吃碘盐或碘片，否则可能诱发甲状腺毒症、甲状腺技能减退、甲状腺肿等疾病。已知核辐射中放射性碘(碘­131)的核电荷数为53，则下列说法不正确的是()A．碘131I原子核所含中子数是78B．核能的利用证实原子的可分性C．碘127I原子和放射性碘原子131I属于同位素D．碘127I原子和碘131I原子的质子数不同2．有人认为人体就是一架缓慢氧化着的“高级机器”，人体在生命过程中也需要不断地补充“燃料”。按照这种观点，你认为人体通常摄入的下列物质不能看作“燃料”的是()A．淀粉类物质 B．水C．脂肪类物质 D．蛋白质3．下列说法正确的是()A．Li是最活泼的金属，F是最活泼的非金属B．Mg(OH)2碱性比Ca(OH)2强C．元素周期表中有7个主族，7个副族，1个0族，1个第Ⅷ族，共16纵行D．X2＋的核外电子数目为18，则X在第四周期第ⅡA族4．下列各图中，表示正反应是吸热反应的图是()5．下图中a、b分别是原电池的两极，接通电路后发现a极板质量增加，b极板溶解，符合这一情况的是()a极板b极板a电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨正极CuCl26.对于ⅥA族元素，下列叙述中不正确的是()A．CO2在常温下是气体，SiO2在常温下是固体B．C、Si、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＋27．现在电池的种类非常多，且由电池造成的污染越来越严重，下列电池不会造成环境污染的是()A．锂电池 B．锌锰电池C．氢氧燃料电池 D．镍隔电池8．根据化学反应的实质——旧键的断裂和新键的形成，判断下列变化不属于化学变化的是()A．固态硫S8加热变成S2蒸气B．金刚石在一定条件下转化为石墨C．干冰变成CO2气体D．Na2O转化为Na2O29．一定条件下，可逆反应2AB＋3C，在以下四种情况中处于平衡状态的是()正反应速率逆反应速率Av(A)＝2mol·L－1·min－1v(B)＝2mol·L－1·min－1Bv(A)＝2mol·L－1·min－1v(C)＝2mol·L－1·min－1Cv(A)＝1mol·L－1·min－1v(B)＝2mol·L－1·min－1Dv(A)＝1mol·L－1·min－1v(C)＝1.5mol·L－1·min－110.科学家预测原子序数为114的元素，具有相当稳定性的同位素，它的位置在第七周期第ⅣA族，称为类铅。关于它的性质，预测错误的是()A．它的最外层电子数为4B．它的失电子能力比铅强C．它具有＋2、＋4价D．它的最高价氧化物对应的水化物是强酸11．下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的()A．a极是负极B．正极的电极反应是O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．电子由b通过灯泡流向aD．氢氧燃料电池是环保电池12．下列变化不需要破坏化学键的是()A．加热氯化铵 B．冰融化成水C．水通电分解 D．氯化氢溶于水13．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图，下列表述正确的是()A．反应的化学方程式：2MNB．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡C．t3时，正反应速率大于逆反应速率D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍14.A、B、C均为短周期元素，它们在周期表中的位置如图所示，已知：B、C两元素原子最外层电子数之和等于A元素最外层电子数的2倍；B、C两元素原子的核电荷数之和是A元素原子序数的4倍。则A、B、C分别是()A．C、Al、P B．N、Si、SC．O、P、Cl D．F、S、Al15．A、B、C为三种短周期元素，A、B在同周期，A、C的最低价离子分别为A2－和C－，B2＋和C－具有相同的电子层结构。下列说法中正确的是()A．原子序数：A＜B＜CB．原子半径：A＞B＞CC．离子半径：A2－＞C－＞B2＋D．原子核外最外层电子数：A＞C＞B16．镁铝合金在碱性溶液中开始反应缓慢，后反应加快，经分析是氧化膜及微电池作用的结果。下列叙述正确的是()A．微电池的负极是MgB．微电池的负极是AlC．铝的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑D．镁的电极反应式为Mg－2e－=Mg2＋第Ⅱ卷二、非选择题(本题包括6小题，共52分)17．(9分)在元素周期表第三周期中，置换酸中氢能力最强的元素的元素符号为________，化学性质最稳定的元素符号是________，最高价氧化物对应水化物的酸性最强的化合物的化学式是__________，碱性最强的化合物的化学式是__________，显两性的氢氧化物的化学式是__________，该两性氢氧化物与盐酸、氢氧化钠溶液分别反应的离子方程式为______________、______________，原子半径最大的金属元素的名称是________，离子半径最小的离子结构示意图是________。18．(8分)已知以下信息：①1molN2的共价键断裂吸收946kJ的能量；1molH2的共价键断裂吸收436kJ的能量；形成1molNH3中的化学键释放1173kJ的能量。②将一定量的N2和H2投入一密闭容器中，在一定条件下进行反应，测得有关数据如下：N2(mol·L－1)H2(mol·L－1)NH3(mol·L－1)起始时3302s末2.61.80.8根据以上相关数据回答问题：(1)用H2表示该反应2s内的平均反应速率为________(2)______(填“能”或“不能”)确认该反应2s末已达化学平衡状态。(3)写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(4)氮气和氢气生成氨气的过程______(填“释放”或“吸收”)能量。19．(8分)短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等，请回答下列问题：QRTW(1)T的原子结构示意图为____________(2)元素原子的得电子能力为Q____W(填“＞”或“＜”)。(3)W的单质与其最高价氧化物对应的水化物浓溶液共热能发生反应，生成两种物质，其中一种是具有漂白性的气体，反应的化学方程式为________________________________________________________________________(4)原子序数比R多1的元素的一种氢化物在二氧化锰催化作用下易分解为它的另一种氢化物，此分解反应的化学方程式是________________________________________________________________________(5)将12gQ单质在足量的氧气中燃烧，所得气体通入1L1.5mol·L－1NaOH溶液中，完全吸收后，溶液中大量存在的离子有______________。20．(6分)(1)已知锌与稀硫酸反应为放热反应，某学生为了探究其反应过程中的速率变化，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下：时间(min)12345氢气体积(mL)30120280350370①反应速率最大的(即0min～1min、1min～2min、2min～3min、3min～4min、4min～5min)时间段为____________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②反应速率最小的时间段为____________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)另一学生也做同样的实验，由于反应太快，测量氢气的体积时不好控制，他就事先在硫酸溶液中分别加入以下物质以减缓反应速率A．蒸馏水B．更加细小的锌粒C．NaCl溶液你认为他的做法可行的是______(填相应字母)；做法不可行的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。21．(10分)将化合物A的蒸气2mol充入0.5L容器中加热，发生分解反应2A(g)B(g)＋nC(g)，反应到3min时，容器中A的浓度为1.6mol·L－1，测得这段时间内，用C的浓度变化表示的平均反应速率v(C)＝1.2mol·L－1·min－1。(1)化学方程式中的化学计量数n的值是__________。(2)以B的浓度变化表示的该反应的平均速率为______。22．(11分)有A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的核电荷数按C、A、B、D、E的顺序增大。C、D都能分别与A按原子个数比为1∶1或2∶1形成化合物；CB可与EA2反应生成C2A与气态物质EB4；E的M层电子数是K层电子数的2倍。(1)写出下列元素的名称：B：________E：________。(2)写出EB4的化学式：__________。(3)D2A2中含有的化学键类型为____________。(4)由A、C、D三种元素组成的化合物M属于________(填“离子”或“共价”)化合物，M溶于水后________(填“能”或“不能”)发生化学变化，原因是(从化学键变化的角度解释)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。期中模块检测卷1．D[碘127I原子和碘131I原子属于同位素，质子数相同，中子数不同。]2．B3．D[碱金属中Li是金属性和活泼性最小的金属，A项错；Ca的金属性比Mg强，则Mg(OH)2的碱性比Ca(OH)2弱，B项错；周期表有18个纵行，C项错。]4．A[正反应是吸热反应，反应物的能量低于生成物的能量。]5．C[a极板质量增加，是正极，金属性相对不活泼，b极板溶解是负极，金属性相对活泼。]6．B[C原子次外层电子数为2。]7．C[氢氧燃料电池的生成物是水，对环境无污染。]8．C9．A[由于PH3的沸点小于AsH3的沸点，A项错误；Si3N4、NaCl、SiI4其晶体类型分别为原子晶体、离子晶体和分子晶体，三者的熔点依次降低，B项正确；非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物碱性越强，故C、D正确。]10．D[ⅣA族的第一种元素碳对应的H2CO3就是弱酸，同主族从上到下最高价氧化物对应的水化物酸性渐弱。]11．C[电子由负极流向正极，a为负极，所以电子应由a极通过灯泡流向b极。]12．B[化学变化肯定存在化学键的破坏。物理变化要注意分析过程，才能确定。A、C两项是化学变化，加热氯化铵破坏了其分子内的离子键和共价键；水通电分解破坏了其分子内的共价键；HCl溶于水破坏了其分子内的共价键，冰融化成水没有破坏化学键，只破坏了分子间作用力。]13．D[t2时，正反应速率大于逆反应速率，反应未达平衡；t3时，反应已达平衡，正、逆反应速率相等；根据M和N的物质的量的变化可知反应方程式为2NM，所以D正确。]14．C[由题意及元素周期表的结构可知，元素A位于第二周期，B、C位于第三周期，令A的原子序数为x，则B、C原子序数分别为(x＋8)－1、(x＋8)＋1。由题意中各元素原子的原子序数之间的关系可知：[(x＋8)－1]＋[(x＋8)＋1]＝4x，则x＝8，则B、C的原子序数分别为15、17。]15．C[根据离子符号和所带的电荷数，推知B处于ⅡA族，A处于ⅥA族，C处于ⅦA族，从而可判断出原子核外最外层电子数：C＞A＞B。B2＋和C－具有相同的电子层结构，则B处于C的下一周期，结合A、B在同周期，则它们的原子半径：B＞A＞C，原子序数：A＞B＞C，离子半径：A2－＞C－＞B2＋。]16．B[镁的金属性比铝强，但在碱溶液中只有铝反应：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑，所以镁铝在碱性溶液中构成原电池时铝作负极。]17．NaArHClO4NaOHAl(OH)3Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O钠18．(1)0.6mol·L－1·s－1(2)不能(3)N2＋3H2催化剂高温、高压2NH3催化剂高温、高压解析对于合成氨的反应，破坏化学键吸收的总能量为946kJ＋436kJ×3＝2254kJ，形成化学键释放的总能量为1173kJ×2＝2