《浙江省高考化学一轮复习导航 第3单元第12讲 含硅矿物与信息材料课件 新课标》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江省高考化学一轮复习导航 第3单元第12讲 含硅矿物与信息材料课件 新课标（48页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、 一、硅酸盐一、硅酸盐 1硅酸盐是由硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)组成的化合物的总称。 2硅酸盐的结构：硅酸盐结构稳定，在自然界中稳定存在。硅酸盐的结构复杂，常以氧化物的形式表示。氧化物形式书写的规律：金属元素写成其氧化物，硅元素写成二氧化硅，氢元素写成水。 3Na2SiO3的性质：硅酸钠(Na2SiO3)可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是建筑行业经常使用的一种黏合剂。经水玻璃浸泡过的木材、纺织品既耐腐蚀，又不易着火。 4分子筛：利用硅酸盐内部结构的空隙，可用于分离、提纯气体或液体混合物；还可以作干燥剂、离子交换剂、催化剂、催化剂载体、净化水、净化空气、防毒器械、食品
2、保鲜、电子产品处理、石油化工等方面。 二、硅酸盐产品二、硅酸盐产品 1水泥 生产水泥的原料：黏土、石灰石、少量石膏 设备：水泥回转窑 反应进行的条件：高温 加入石膏的作用调节水泥的硬化速度 水泥的组成成分：硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二 钙(2CaOSiO2)和铝酸三钙(3CaOAl2O3)等 。 2玻璃 生产玻璃的原料石英、纯碱、石灰石 设备：玻璃熔炉 反应进行的条件：高温 制得的玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 ，故玻璃属于混合物，没有固定的熔沸点。 玻璃的种类有：普通玻璃、钢化玻璃、石英玻璃、光学玻璃等。 3陶瓷 主要原料：粘土 中国瓷都：景德镇 陶都：宜兴化
3、学实验室中的坩埚、蒸发皿等都是陶瓷制品。 三、二氧化硅三、二氧化硅 1物理性质二氧化硅是一种沸点很高、硬度很大的氧化物，不溶于水。 2化学性质二氧化硅的化学性质不活泼，不与水、酸(除HF除外)发生反应，能耐高温、耐腐蚀。但二氧化硅能与碱性氧化物、强碱、氢氟酸反应。 (1)具有弱氧化性：SiO2+2C=Si+2CO (2)具有酸性氧化物的通性：(硅酸酐) CaO+SiO2=CaSiO(炼铁中除炉渣) SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，常用橡皮塞) (3)特性：SiO2+4HF=SiF4+2H2O(腐蚀玻璃) (4)制造玻璃的两个反应： Na2CO3+
4、SiO2=Na2SiO3+CO2， CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2 高温高温高温高温 3二氧化硅的用途 二氧化硅可用于制作光学镜片、石英、坩埚外，还可用于制造光导纤维。 四、硅单质四、硅单质 1物理性质：硅晶体的熔点和沸点都很高，硬度也很大。 2化学性质：在常温下，单质硅比较稳定，与 O2、Cl2、HNO3、H2SO4 等物质都很难发生反应。但可以与氢氟酸、氢氧化钠溶液反应。方程式： Si+4HF=SiF4+2H2， Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 3用途：晶体硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于电子工业的各个领域。 4硅的制备 工业上用碳在高温下还原二氧化硅
5、的方法，制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅在高温下和氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅经提纯后，再用氢气还原，就可以得到高纯度的硅。反应过程中发生的反应为： 粗硅的制备： SiO2+2C=Si+2CO 精炼制高纯硅：Si+2Cl2=SiCl4， SiCl4+2H2=Si+4HCl 高温高温高温考点一 硅酸盐及其用途的考查 例例1 下列表述正确的是() 人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分为二氧化硅 化学家采用玛瑙研砵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐 提前建成的三峡大坝使用了大量的水泥，水泥是硅酸盐材料 夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼
6、睛 太阳能电池可用硅材料制作，其应用有利于环保、节能 A BC D 【解析】人造刚玉的主要成分为氧化铝，熔点高可作高级耐火材料；玛瑙的主要成分是SiO2；水泥是三大重要的硅酸盐产品之一，三峡大坝上用了1.0821010kg的水泥；变色眼镜主要是添加了溴化银的玻璃制成的；硅是人类将太阳能转移为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能(如太阳能)直接置换为电能。 【方法技巧点拨】这种题型的特点是以社会热点为背景，起点高落点低，只要结合所学知识分析，就能解题。解决这部分试题的关键在于要从生活中认识化学，将书本的知识与实际相联系。【答案】D考点二 新型无机材料性质及应用 例例2
7、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_。2SiHCl3+3H2=2Si+6HCl 1357K3SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl 高温下，H2遇O2发生爆炸 (2)下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母)。 A碳化硅化
8、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BC (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_。生成白色絮状沉淀，又刺激性气味的气体生成 【解析】理解流程中各步反应的原理，注意氧化还原反应、盐类水解知识的应用。 (1)H2还原SiHCl3可制备高纯硅。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3
9、SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是：高温下，H2遇O2发生爆炸。 (2)水泥为硅酸盐，不含SiC，A错；Si3N4均为原子晶体，硬度大、熔点高，性质稳定，B正确；光导纤维的材料为SiO2，C正确；普通玻璃的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2CO3)为主要原料反应制成的。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2；CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2，无一定熔点，D错误；常温下，Si只能与唯一一种酸HF反应不与HCl反应，E错。 (3) 与 发生
10、双水解反应， +2 +2H2O=2NH3H2O+H2SiO3。 高温高温2-3SiO+4NH2-3SiO+4NH 【方法技巧点拨】本题以硅单质及其化合物应用为背景来命题。要解决它必须具有三个层次上的能力：阅读能力，即首先要能通过阅读题目来弄清出题人的意图。分析能力，即能分析题目中每一个信息与我们所学知识之间的联系。运用知识解决问题的能力。 考点三 高纯度硅的制备、硅材料的性质及用 例例3 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：Si+3HCl SiHCl3+H2 SiHCl3与过量H2在10001100
11、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：300 (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)：SiO2+2C=Si+2CO 高温分馏(或蒸馏) 装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCI3气化 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
12、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_。有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3+H2=Si+3HCl 高温排尽装置中的空气 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(填写字母代号)是_。 a碘水b氯水cNaOH溶液 dKSCN溶液eNa2SO3溶液bd 【解析】高纯硅的制取是以初步冶炼得到的粗硅为原料，在加热条件下与氯化氢气体反应，制成气态化合物SiHCl3，与杂质分离后在高温条件下用氢气还原，重新得到硅和氯化氢气体，这样
13、就去掉杂质，得到高纯硅。 (1)工业上制粗硅时，是用SiO2为原料，在高温下用C还原得到粗硅：SiO2+2C=Si+2CO，这样得到的硅含有杂质，可以作为冶炼制取高纯硅的原料。 (2)中由题给物质沸点的不同，可以考虑用分馏的方法来进行分离。 高温 (3)由于SiHCl3与水强烈反应，所以反应环境必须无水，制得氢气必须干燥，B中放的是干燥剂(浓硫酸)，常温下，SiHCl3是液态，为了增大两者接触面积，可以通过加热的方法使SiHCl3气化。D装置采用石英管不采用普通玻璃管的目的是两者反应需要高温，温度高了，普通玻璃管会软化。SiHCl3在空气中会自燃，必须排除空气。铁元素的检验是采用Fe3+遇KS
14、CN变红色。所以鉴定产品硅中是否含微量铁单质，试样用稀盐酸溶解后，还需要氯水和KSCN。 【方法技巧点拨】熟悉工业制粗硅及粗硅提纯的工业制法，仔细阅读题目信息，从给出的信息中找解的切入点。做题时还需注意两点C和SiO2反应，产物是CO不是CO2，C是还原剂；粗硅首先和Cl2反应，生成SiCl4，SiCl4具有挥发性，挥发出来的SiCl4再和H2反应生成Si和HCl。 1.(2011山东山东)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A在自然界中只以化合态的形式存在 B单质常用作半导体材料和光导纤维 C最高价氧化物不与酸反应 D气态氢化物比甲烷稳定A 【解析】依据
15、原子核外电子的排布规律可知，在短周期元素中原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半的元素可以是Li或Si元素，但Li属于金属不符合题意，因此该元素是Si元素。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相化合，因此在自然界中硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，选项A正确；硅位于金属和非金属的分界线附件常用作半导体材料，二氧化硅才用作光导纤维，选项B不正确；硅的最高价氧化物是二氧化硅，SiO2与酸不反应但氢氟酸例外，与氢氟酸反应生成SiF4和水，因此氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，选项C不正确；硅和碳都属于A，但硅位于碳的下一周期，非金属性比碳的弱，因此其气态氢化物的稳定性比甲烷弱，选项D也不正确。
16、2.(2010福建福建)下列各组物质中，满足右图物质一步转化关系的选项是() C选项XYZANaNaOHNaHCO3BCuCuSO4Cu(OH)2CCCOCO2DSiSiO2H2SiO3 【解析】A项，NaHCO3无法一步到Na，错。B项，Cu(OH)2无法一步到Cu，错。C项，C与O2不完全燃烧得CO，CO与O2反应得CO2，CO2与Mg反应可得C，正确。D项，SiO2无法一步得H2SiO3，H2SiO3无法一步得Si，错。 3.(2010宁波质检宁波质检)用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是() B选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量
17、，浑浊不消失NaAlO2溶液B通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊。再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失。再加入足量NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液 【 解 析 】 A 项 ， 2 + C O2( 少量)+3H2O=2Al(OH)3+CO，继续通CO2，Al(OH)3不 溶 解 ， 但 生 成 H C O 。 B 项 ，CO2+Na2SiO3+H2O=Na2CO3+H2SiO3，H2SiO3与C O2不 反 应 ， 浑 浊 不 会 消 失 。 C 项 ，CO2+Ca(
18、ClO)2+H2O=CaCO3+2HClO，所以溶液变浑浊，加入品红被HClO氧化褪色。D项，首先，CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O，继续通CO2，产生可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则2NaOH+Ca(HCO3)2=CaCO3+Na2CO3+2H2O，溶液又变浑浊。 -2AlO 4.(2011河南焦作市模拟河南焦作市模拟)从下列事实所得出的相应结论正确的是() 实验事实结论Cl2的水溶液可以导电Cl2是电解质将燃烧的镁条放入CO2中能继续燃烧还原性：MgCNaHCO3溶液与NaAlO2溶液混合产生白色沉淀酸性： Al(OH)3 常温下白磷可自燃而氮气须在放电时才
19、与氧气反应非金属性：PN某无色溶液中加入氢氧化钠溶液并加热，产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝 该溶液一定有 -3HCO+4NH A. B C D全部 【解析】电解质必须是化合物，错误；氮气与氧气难以反应是因为氮气含有三键，非金属性：NP，错误。 【答案】B 5.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 BC60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 【解析】C60属于分子晶体，B错；纤维素乙酸酯不是天然高分子材料，C错；制造光导纤维的原料是SiO2，D错。 A 6.材料与化学密切
20、相关，表中对应关系错误的是()A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 【解析】本题考查生活中常见材料与化学的密切关系，要求考生了解常见物质的组成。刚玉和金刚石的成分分别是三氧化二铝和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸钙；普通玻璃和普通水泥都是常见的硅酸盐材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。故本题答案是A。 7.(2011温州调研温州调研)已知SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定的相似性。 .某兴趣小组用如下图所示装置进行Mg与SO2反应的实验。 (1)选择制
21、取SO2的合适试剂_。 10%的H2SO4溶液80%的H2SO4溶液Na2SO3固体CaSO3固体 (2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式_。装置C中的NaOH溶液的作用是_。 (3)你认为该装置是否有不足之处？_。如果有，请指出错误_。 SO2+2Mg=2MgO+S 吸收多余的SO2，防止污染环境 有 一是A、B之间缺少干燥装置；二是B、C之间应加一个安全瓶防止倒吸；三是C装置没有与大气相通 .某研究小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息： 工业上在高温时用C还原SiO2可制得SiMg在点燃引发的条件下即可与SiO2反应金属硅化物与稀H2SO
22、4反应生成硫酸盐与SiH4SiH4在空气中自燃他们在研究报告中记载着：“选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量”在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，且“实验室制Si”的产率也只有预期值的63%左右。 (4)该小组“实验室制Si”的化学方程式是_。 (5)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是_。2Mg+SiO2=2MgO+Si 点燃 金属镁与生成的硅继续反应得到硅化镁，硅化镁与硫酸反应生成的SiH4在空气中自燃(或用化学方程式说明：2Mg+Si=Mg2Si；M g2S i + 2 H2S O4= = =
23、2 M g S O4+ S i H4 ；SiH4+2O2=SiO2+2H2O) 【解析】 (1)实验室中用Na2SO3固体和浓硫酸制取SO2，SO2溶解度较大，故不能用稀硫酸，选择试剂。 (2)B管中镁与SO2反应类似于Mg与CO2的反应：SO2+2Mg=2MgO+S；多余的SO2需用NaOH溶液吸收，以防止大气污染。 (3)该装置中生成的SO2需干燥，同时B、C之间应加一个安全瓶防止倒吸，C装置应将胶塞去掉，以平衡气压。 (4)镁与SiO2反应为：2Mg+SiO2= 2MgO+Si。 (5)根据题给信息，SiH4易自燃，故发现有爆鸣声和火花，其反应为：2Mg+Si=Mg2Si； Mg2Si+2H2SO4=2MgSO4+SiH4； SiH4+2O2=SiO2+2H2O。 金属镁与生成的硅继续反应得到硅化镁，硅化镁与硫酸反应生成的SiH4在空气中自燃。点燃
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