2019-2020年高中化學 專題三 第三單元《從礦物到基礎材料》第2課時基礎梳理及例題解析 蘇教版必修1.doc

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2019-2020年高中化學 專題三 第三單元《從礦物到基礎材料》第2課時基礎梳理及例題解析 蘇教版必修1 1、硅的存在： （1）在地殼中的含量僅次于氧，居于第二位； （2）在自然界中沒有游離態(tài)的硅，只有以化合態(tài)態(tài)存在的硅。如硅酸鈉、二氧化硅等； （3）化合態(tài)的硅廣泛存在于地殼的各種礦物和巖石里，是構成礦物和巖石的主要成分。 2、硅酸鹽及其性質(zhì) 硅酸及其縮水結合而成的各種酸所對應的鹽統(tǒng)稱硅酸鹽。 （1）硅酸鹽組成的表示方法 ①化學式表示法： 如：硅酸鈉：Na2SiO3、硅酸鈣：CaSiO3，此法用于組成簡單的硅酸鹽。 ②氧化物表示法： 硅酸鹽是構成地殼巖石的主要成分，種類很多，結構復雜，常用氧化物的形式來表示組成。其表示方式：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。 例如：硅酸鈉：Na2SiO3——Na2OSiO2 高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4——Al2O32SiO22H2O （2）硅酸鈉 ①Na2SiO3是極少數(shù)可溶于水的硅酸鹽的一種,其它可溶性的硅酸鹽還有硅酸鉀和硅酸銨。 ②Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃,是建筑業(yè)中常用的一種黏合劑,也是一種礦物膠;用水玻璃浸泡過的木材、紡織品既耐磨又耐火。 ③Na2SiO3溶液呈堿性,易吸收空氣中的CO2生成白色硅酸沉淀,因此Na2SiO3溶液要密封保存。 ④Na2SiO3固體俗稱泡花堿，水溶液俗稱水玻璃，是無色粘稠的液體，常作粘合劑、防腐劑、耐火材料。放置在空氣中會變質(zhì)，發(fā)生反應方程式為： Na2SiO3＋CO2＋H2O H2SiO3 ＋Na2CO3。 3．硅酸鹽工業(yè)簡介 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱硅酸鹽工業(yè)。主要包括陶瓷工業(yè)、水泥工業(yè)和玻璃工業(yè)，其反應包含復雜的物理、化學變化。 （1）水泥 水泥的原料是黏土和石灰石，在水泥回轉窯里高溫煅燒后，再加入石膏，磨細。 普通水泥的主要成分是硅酸三鈣（3CaOSiO2）、硅酸二鈣 （2CaOSiO2）和鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）等。 （2）玻璃的原料是純堿、石灰石和石英，普通玻璃的大致成分為Na2OCaO6SiO2。 玻璃的種類有普通玻璃、鋼化玻璃、石英玻璃、光學玻璃等等。玻璃沒有固定的熔沸點。 （3）比較水泥和玻璃的生產(chǎn)方法 硅酸鹽產(chǎn)品 水泥 玻璃 主要設備 水泥回轉窯 玻璃熔爐 原料 石灰石和粘土 純堿、石灰石、石英（過量） 反應原理 發(fā)生復雜的物理—化學變化（不作要求） Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 主要 成分 3CaOSiO2； 3CaOSiO2； 3CaOAl2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反應 條件 高溫 高溫 （4）陶瓷 　　主要原料：粘土 　　中國瓷都：景德鎮(zhèn)陶都：宜興 例題解析 例1．三硅酸鎂被用來治療胃酸過多的胃潰瘍，是因為該物質(zhì)不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸鎂Mg2Si3O8nH2O改寫成氧化物的形式為______，它中和胃酸（HCl）的化學方程式是_________________________。 思路分析：本題若直接寫三硅酸鎂與鹽酸的反應，很多學生會感到無從入手或?qū)戝e方程式。但若能將此硅酸鹽改寫成氧化物的形式，便可看出該反應可看作是判斷堿性氧化物（MgO）、酸性氧化物（SiO2）能否與鹽酸反應的問題。 解題：2MgO3SiO2nH2O； 2MgO3SiO2nH2O＋4HCl2MgCl2＋3SiO2＋（n＋2）H2O。 誤區(qū)點撥：解題依據(jù)是：堿性氧化物與酸反應生成鹽和水，酸性氧化物不與酸（鹽酸）反應。 例2．礦泉水一般是由巖石風化后被地下水溶解其中可溶部分生成的．此處所指的風化作用是指礦物與水和CO2同時作用的過程．例如鉀長石(KAlSi3O8)風化生成高嶺土〔Al2Si2O5(OH)4〕，此反應的離子方程式為2KAlSi3O8＋2H2CO3＋9H2O2K＋＋2HCO3—＋4H4SiO4＋Al2Si2O5(OH)4。 這個反應能夠發(fā)生的原因是_____________________________ _________________________。 思路分析：分析反應前后的酸的酸性強弱，正反映了由較強的酸制取較弱的酸這一普遍規(guī)律．亦即解釋復雜的化學反應發(fā)生的原因應用的是極其簡單的化學原理． 解題：碳酸的酸性比原硅酸強，由較強的酸可制得較弱的酸。 基礎訓練 一．選擇題（每小題有一個正確答案） 1．下列物質(zhì)：①氫氟酸；②濃H2SO4；③燒堿溶液；④Na2CO3固體；⑤氧化鈣；⑥ 濃HNO3，其中在一定條件下能與SiO2反應的有 （　 　） A.①②⑥ B.全部 C.①③④⑤ D.②③⑥ 2．高嶺土[A12(Si2O5)(OH)4]中SiO2的質(zhì)量分數(shù)為 （　 ?。? A．46.5％ B．40％ C．23.3％ D．21.7％ 3．能貯存在具有玻璃塞的磨口試劑瓶里的試劑是 （　 　） A．HF溶液 B．KOH溶液 C．鹽酸 D．水玻璃 4．下列以制取水泥和玻璃的共同特點的敘述中，錯誤的是 （　　 ） A．生產(chǎn)所用設備相同 B．反應都在高溫的條件下進行 C．原料中均有石灰石 D．都發(fā)生復雜的物理、化學變化 5．熔化燒堿應選用的坩堝是 （　 　） A．鐵坩堝 B．玻璃坩堝 C．石英坩堝 D．陶瓷坩堝 6．下列物質(zhì)屬于純凈物的是 （　 ?。? A.玻璃 B.水玻璃 C.二氧化硅 D.大理石 7．把過量的CO2通入下列溶液中，有白色沉淀產(chǎn)生的是 （　 ?。? A．Na2SiO3 B．CaCl2 C．NaOH D．Ca(OH) 2 8． 分析某硅酸鹽得如下結果：SiO2 45.7%、Al2O3 38.41%、K2O 12.1%、H2O 4. 42%，該鹽的化學式為 A.K2OAl2O32SiO22H2O B.K2OAl2O34SiO2H2O （　 ?。? C.K2O2Al2O35SiO22H2O D.K2O3Al2O36SiO22H2O 9．下列有關碳和硅氧化物的說法中，正確的是 （ ） A．二氧化硅的水溶液顯酸性，所以，二氧化硅是酸性氧化物 B．二氧化碳通入水玻璃可得到原硅酸，說明碳酸的酸性比硅酸強 C．高溫時二氧化硅與純堿反應放了二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強 D．二氧化硅是酸性氧化物，因此，它不能溶于任何酸 10．有10 g不純CaCO3樣品與足量鹽酸作用后生成4.44 g CO2，且溶液中殘留難溶物質(zhì)。則對于此樣品中是否存在①MgCO3 ②K2CO3 ③SiO2雜質(zhì)的判斷正確的是 （　 ?。? A.肯定含①③，不含② B.肯定含①③，可能含② C.肯定含②③，不含① D.肯定含②③，可能含① 二．填空題 11．制造普通硅酸鹽水泥的原料有 、 、 。 制造普通玻璃的原料有 、 、 ， 12．在地殼內(nèi)，深度每增加1千米，壓力大約增加25250~30300 kPa，在這樣的壓力下，較簡單的硅酸鹽會轉化為復雜的硅酸鹽．已知：鈣長石、鎂橄欖石、石榴子石的化學式分別是：CaAl2Si2O8；Mg2SiO4；CaMg2Al2Si3O12． 　　(1) 用氧化物形式表示的化學式分別為：鈣長石________，鎂橄欖石________，石榴子石________． (2) 寫出鈣長石和鎂橄欖石轉化為石榴子石的化學方程式： 。 13．古希臘流傳這樣一個傳奇故事：一批販運純堿的商船停泊在江邊的沙岸部，商人們找不到石頭來搭灶煮飯，就把船上的大塊純堿搬來，放在沙地上墊鍋做飯，飯熟后商人們驚奇地發(fā)現(xiàn)“灶”變成了晶瑩透明的固體。你認為這種固體可能是____________，其主要成分是________________________。 14．實驗室里盛放堿液的試劑瓶瓶塞不能用玻璃塞，是因為 　　　　　　　　。檢驗生石灰里含有石英和石灰石的方法是 　　　　　　　　　　　　。 15．要制造1020kg鉀玻璃(組成K2OCaO6SiO2)，需要K2CO3__________kg，CaCO3______________kg， SiO2__________________kg。 16．氮化硅Si3N4是一種非氧化物高溫陶瓷結構材料，具有高硬度、高強度、耐腐蝕等特性，其超強的拉彎強度達到8104 Ncm－2～10104 Ncm－2，而且在1200℃高溫下也不會下降。用氮化硅陶瓷制成的內(nèi)燃機不需冷卻裝置，可節(jié)約燃料30％左右，熱功轉換效率提高到40％～50％。粉末狀的Si3N4，可以由SiCl4的蒸氣和氨氣的混合物反應制取。粉末狀的Si3N4對空氣和水都不穩(wěn)定。但是將粉末狀的Si3N4和適量的MgO在2301.01105Pa和185℃的密閉容器中熱處理，可以制得結構十分緊密而且對空氣和水都十分穩(wěn)定的高溫結構材料。 (1)寫出由SiCl4和NH3反應制備Si3N4的化學方程式： __________________________________________________________________________________________。 (2)分別寫出Si3N4與H2O反應的化學方程式： _________________________________________________________________________________________。 (3)試思考說明為什么結構緊密的Si3N4，不再受H2O、O2的侵蝕? 答：_______________________________________________________________________________________。 17．有A、B、C三種不溶于水的固體物質(zhì)。其中A為黑色能導電的固體。A在氧氣中充分燃燒時，只得到一種無色氣體D，在同溫同壓下D對氧氣的相對密度為1.375。固體B可溶于熱的NaOH溶液得到溶液E，往E中通入過量D，可得白色膠狀沉淀。固體B與石灰石、純堿按質(zhì)量比為18：5：5.3混合后熔融得到C，C為玻璃態(tài)物質(zhì)。試確定： (1)寫出A、B、C、D各物質(zhì)的名稱。 (2)求C的氧化物的組成式。 一．選擇題 1．C 2．A 3．C 4．A 5．A 6．C 7．A 8．D 9．B 10．B 二．填空題 11．石灰石 黏土 石膏 純堿 石灰石 石英 12．(1)CaOAl2O32SiO2 　　2MgOSiO2 　　CaO2MgOAl2O33SiO2 (2)CaAl2SiO8＋Mg2SiO4====CaMg2Al2Si3O12 13．玻璃；Na2SiO3 和SiO2 14．堿液可腐蝕玻璃；加足量鹽酸，有不溶物存在及有氣體放出，則有石英和石灰石 15．276，200，720 16．(1)3SiCl4+4NH3== Si3N4+12HCl (2) Si3N4+6H2O==3SiO2+4NH3 Si3N4+3O2==3SiO2+2N2 (3)固體Si3N4表面與空氣中的氧氣反應，生成穩(wěn)定的二氧化硅，從而形成了二氧化硅的保護層、防止內(nèi)部的Si3N4繼續(xù)與空氣和水接觸而被侵蝕。 17．(1)A：石墨 B：二氧化硅 C：玻璃 D：二氧化碳 (2)Na2OCaO6SiO2 第二課時 二氧化硅與信息材料 基礎梳理 1．二氧化硅的性質(zhì) （1）物理性質(zhì)：二氧化硅是一種熔點高，硬度大，不溶于水的固體。 （2）化學性質(zhì)： ①具有弱氧化性：SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②具有酸性氧化物的通性：SiO2是一種酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐。 CaO＋SiO2CaSiO3（煉鐵中除爐渣） SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O（盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，常用橡皮塞） ③與某些鹽的反應： Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ ④特性：SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O（腐蝕玻璃）。 （3）SiO2和CO2的性質(zhì)比較 二氧化碳 二氧化硅 結構特點 由CO2分子構成 由O和Si原子構成 物理性質(zhì) 熔沸點低、可溶 于水 堅硬難熔的固體、不溶于水 化學性質(zhì) 與堿反應 CO2+2NaOH Na2CO3＋H2O SiO22NaOH Na2SiO3＋H2O 與水反應 CO2+H2O H2CO3 與CaO反應 CaO＋SiO2 CaSiO3 與酸反應 SiO24HFSiF4↑＋2H2O 用途 制飲料、碳酸鹽 光導纖維、光學儀器、電子部件 存在 空氣中 巖石、沙石、水晶 （4）二氧化硅的用途 ①SiO2是制造光導纖維的主要原料。②石英制作石英玻璃、石英電子表、石英鐘等。 ③水晶常用來制造電子工業(yè)的重要部件、光學儀器、工藝品等。 ④石英砂常用作制玻璃和建筑材料。 2、硅的工業(yè)制法及性質(zhì) （1）工業(yè)制法：工業(yè)上用炭自在高溫下還原二氧化硅的方法，制得含有少量雜質(zhì)的粗硅。將粗硅在高溫下跟氯氣氣反應生成四氯化硅，四氯化硅經(jīng)提純后，再用氫氣還原，就可以得到高純度的硅。 操作流程：二氧化硅→粗硅→四氯化硅→精硅 （2）物理性質(zhì)：晶體硅是灰黑色色、有金屬光澤、硬而脆的固體，熔點和沸點都很高，硬度也很大（因為它的結構類似于金剛石），是良好的半導體材料，廣泛應用于電子的各個領域。 （3）化學性質(zhì)：很穩(wěn)定 ①常溫下不與O2、Cl2、H2、濃H2SO4、濃HNO3等反應。 ②加熱或高溫時有強還原性： ③常溫下能與氟氣（F2）、氫氟酸（HF）反應： Si+2F2SiF4；Si+4HFSiF4+2H2 例題解析 例1．17g樣品（含Al2O3、Fe2O3、SiO2 ），放入盛100 mL NaOH溶液的燒杯中，充分反應后過濾，向濾液中加入10 molL-1稀H2SO4溶液，生成的沉淀的物質(zhì)的量與加入H2SO4溶液的體積關系如下圖。試求：①加入NaOH溶液的濃度；②b＝5時，樣品中各成分的質(zhì)量分數(shù)。 思路分析：① 沉淀達最大量時，溶液中僅Na2SO4 ，沉淀是Al(OH)3、Fe2O3、H2SiO3。 根據(jù)電荷守恒可得： n(Na＋)＝2n(SO42－) c(NaOH)0.1L＝210mol/L0.025L 所以有：c(NaOH)＝5 mol/L ② 由圖可知溶解Al(OH)3消耗30mLH2SO4 n(Al3＋)＝0.2 mol n(Al2O3)＝102g/mol0.1 mol＝10.2g 總OH－＝溶Al2O3耗＋溶SiO2 耗＋余OH－ 0.1L5 mol/L＝0.1 mol2＋n(SiO2 )2＋b10mol/L2 已知b＝5 ∴n(SiO2 )＝0.1 mol＝60g/mol0.1 mol＝6g ，從而可推知Fe2O3％。 基礎訓練 一．選擇題 1．高嶺土的組成可表示為Al2Si2Ox(OH)y,其中x、y的數(shù)值分別是 （　 ?。?  A.7、2 B.6、3 C.5、4 D.3、6 2．下列說法正確的是 （　 　） A.1mol二氧化硅的質(zhì)量是60g B.60g二氧化硅中含2mol氧分子 D.二氧化硅的摩爾質(zhì)量是60g C.1mol的二氧化硅的質(zhì)量是60g/mol 3．下列關于玻璃的敘述正確的是 （ ） A. 制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英 B. 普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅 C. 玻璃是幾種成分熔化在一起的晶體 D. 玻璃也是硅酸鈉鹽，有一定的熔點 4．制取下列物質(zhì)，無需利用到二氧化硅的是 （ ） A. 玻璃 B. 水泥 C. 粗硅 D. 光導纖維 5．根據(jù)水泥和玻璃的生產(chǎn)，總結出硅酸鹽工業(yè)的一般特點是 （　 ?。? ①生成物是硅酸鹽；②反應條件是高溫；③含有硅的物質(zhì)作原料；④反應原理是一系列復雜的物理-化學變化 （　 　） A.①③ B.①②③ C.①③④ D.①②③④ 6．除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：①加水溶解 ②加水煮沸 ③過濾 ④加稀HCl ⑤加稀H2SO4，正確的操作順序是 （ ） A．①③ B．④③ C．⑤③ D．②③ 7．下列物質(zhì)的貯存方法，正確的是 （ ） A．硅酸鈉溶液和堿性溶液存放在膠塞密封的試劑瓶中 B．氫氟酸盛放在棕色試劑瓶中 C．液溴盛放在帶有膠塞的細口瓶中 D．氯水盛放在棕色細口瓶中 8． 某硅酸鹽樣品中鋅的質(zhì)量分數(shù)為58.6%，其化學組成用氧化物形式可表示為nZnOSiO2，則n值等于 （　 ?。? A.0.5 B .1 C.2 D.3 9．碳化硅又稱金剛砂（SiC），它的分解溫度很高（約20000C），硬度極大，溶解性與化學活潑性都很差，試推斷與它的結構類似的是 （ ） A．金剛石 B．氯化鈉 C．石墨 D．水 二．填空題 10．以石英砂、焦碳、水、MnO2和濃鹽酸為原料來制取純硅，寫出有關化學反應方程式： ； ； ； ； ； 11．原硅酸通過分子間縮水聚合可形成不同的多硅酸（多聚體），如： 原硅酸 二聚體 三聚體 則原硅酸的化學式是________________，原硅酸二聚體的化學式是________________，　按上述規(guī)律，n個原硅酸聚合而成的鏈狀多酸分子的通式是__________。 三．計算題 12．含有SiO2的石灰石5g和0.267mL0.5mol/L的鹽酸反應，所得CO2在標況下的體積為1064mL。 ⑴要中和剩余的鹽酸，需1mol/L的NaOH溶液的體積多少毫升？ ⑵煅燒這種不純的石灰石1t，最后殘留固體的質(zhì)量是多少？ 13．為熔制鉀玻璃準備如下熔料：360g重的石英砂，67.2g重的苛性鉀和88.8g重的熟石灰 .假定這些熔料不含雜質(zhì). (1)計算在制得的鉀玻璃中各氧化物的質(zhì)量分數(shù). (2)用氧化物的形式表示鉀玻璃的組成. 一．選擇題 1．C 2．A 3．AB 4．B 5．D 6．B 7．AD 8．C 9．A Δ 二．填空題 10．MnO2+4HCl(濃) = MnCl2+Cl2↑+2H2O， 高溫 SiO2+2C = Si+2CO↑， 高溫 Si+2Cl2 === SiCl4， 電解 2H2O ==== 2H2↑+O2↑， 高溫 SiCl4+2H2 === Si+4HCl。 11．H4SiO4,，H6Si2O7 ，H6SinO3n+1 三．計算題 12．⑴38.5mL ⑵0.582t 13．（1）K2O%：11.7% CaO%：13.9% SiO2%：74.4% （2）K2O2CaO10SiO2