浙江省高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)航 第3單元第12講 含硅礦物與信息材料課件 新課標(biāo)

一、硅酸鹽一、硅酸鹽 1硅酸鹽是由硅、氧與其他化學(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)組成的化合物的總稱。 2硅酸鹽的結(jié)構(gòu)：硅酸鹽結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在自然界中穩(wěn)定存在。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常以氧化物的形式表示。氧化物形式書寫的規(guī)律：金屬元素寫成其氧化物，硅元素寫成二氧化硅，氫元素寫成水。 3Na2SiO3的性質(zhì)：硅酸鈉(Na2SiO3)可溶于水，其水溶液俗稱“水玻璃”，是建筑行業(yè)經(jīng)常使用的一種黏合劑。經(jīng)水玻璃浸泡過的木材、紡織品既耐腐蝕，又不易著火。 4分子篩：利用硅酸鹽內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空隙，可用于分離、提純氣體或液體混合物；還可以作干燥劑、離子交換劑、催化劑、催化劑載體、凈化水、凈化空氣、防毒器械、食品保鮮、電子產(chǎn)品處理、石油化工等方面。 二、硅酸鹽產(chǎn)品二、硅酸鹽產(chǎn)品 1水泥 生產(chǎn)水泥的原料：黏土、石灰石、少量石膏 設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯 反應(yīng)進(jìn)行的條件：高溫 加入石膏的作用調(diào)節(jié)水泥的硬化速度 水泥的組成成分：硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二 鈣(2CaOSiO2)和鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)等 。 2玻璃 生產(chǎn)玻璃的原料石英、純堿、石灰石 設(shè)備：玻璃熔爐 反應(yīng)進(jìn)行的條件：高溫 制得的玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 ，故玻璃屬于混合物，沒有固定的熔沸點(diǎn)。 玻璃的種類有：普通玻璃、鋼化玻璃、石英玻璃、光學(xué)玻璃等。 3陶瓷 主要原料：粘土 中國瓷都：景德鎮(zhèn) 陶都：宜興化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的坩堝、蒸發(fā)皿等都是陶瓷制品。 三、二氧化硅三、二氧化硅 1物理性質(zhì)二氧化硅是一種沸點(diǎn)很高、硬度很大的氧化物，不溶于水。 2化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不與水、酸(除HF除外)發(fā)生反應(yīng)，能耐高溫、耐腐蝕。但二氧化硅能與堿性氧化物、強(qiáng)堿、氫氟酸反應(yīng)。 (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(煉鐵中除爐渣) SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，常用橡皮塞) (3)特性：SiO2+4HF=SiF4+2H2O(腐蝕玻璃) (4)制造玻璃的兩個反應(yīng)： Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2， CaCO3+SiO2 = CaSiO3+CO2 高溫高溫高溫高溫 3二氧化硅的用途 二氧化硅可用于制作光學(xué)鏡片、石英、坩堝外，還可用于制造光導(dǎo)纖維。 四、硅單質(zhì)四、硅單質(zhì) 1物理性質(zhì)：硅晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，硬度也很大。 2化學(xué)性質(zhì)：在常溫下，單質(zhì)硅比較穩(wěn)定，與 O2、Cl2、HNO3、H2SO4 等物質(zhì)都很難發(fā)生反應(yīng)。但可以與氫氟酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)。方程式： Si+4HF=SiF4+2H2， Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 3用途：晶體硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)的各個領(lǐng)域。 4硅的制備 工業(yè)上用碳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。將粗硅在高溫下和氯氣反應(yīng)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。反應(yīng)過程中發(fā)生的反應(yīng)為： 粗硅的制備： SiO2+2C=Si+2CO 精煉制高純硅：Si+2Cl2=SiCl4， SiCl4+2H2=Si+4HCl 高溫高溫高溫考點(diǎn)一 硅酸鹽及其用途的考查 例例1 下列表述正確的是() 人造剛玉的熔點(diǎn)很高，可用作高級耐火材料，主要成分為二氧化硅 化學(xué)家采用瑪瑙研砵摩擦固體反應(yīng)物進(jìn)行無溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽 提前建成的三峽大壩使用了大量的水泥，水泥是硅酸鹽材料 夏天到了，游客佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來保護(hù)眼睛 太陽能電池可用硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能 A BC D 【解析】人造剛玉的主要成分為氧化鋁，熔點(diǎn)高可作高級耐火材料；瑪瑙的主要成分是SiO2；水泥是三大重要的硅酸鹽產(chǎn)品之一，三峽大壩上用了1.0821010kg的水泥；變色眼鏡主要是添加了溴化銀的玻璃制成的；硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)移為電能的常用材料，利用高純硅的半導(dǎo)體性能，可以制成光電池，將光能(如太陽能)直接置換為電能。 【方法技巧點(diǎn)撥】這種題型的特點(diǎn)是以社會熱點(diǎn)為背景，起點(diǎn)高落點(diǎn)低，只要結(jié)合所學(xué)知識分析，就能解題。解決這部分試題的關(guān)鍵在于要從生活中認(rèn)識化學(xué)，將書本的知識與實(shí)際相聯(lián)系?！敬鸢浮緿考點(diǎn)二 新型無機(jī)材料性質(zhì)及應(yīng)用 例例2 硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題： (1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下： 寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式_。 整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式_；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是_。2SiHCl3+3H2=2Si+6HCl 1357K3SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl 高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸 (2)下列有關(guān)硅材料的說法正確的是_(填字母)。 A碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥 B氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫陶瓷和軸承 C高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料光導(dǎo)纖維 D普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高 E鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅BC (3)硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入飽和氯化銨溶液，振蕩。寫出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并給予解釋_。生成白色絮狀沉淀，又刺激性氣味的氣體生成 【解析】理解流程中各步反應(yīng)的原理，注意氧化還原反應(yīng)、鹽類水解知識的應(yīng)用。 (1)H2還原SiHCl3可制備高純硅。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式3SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是：高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸。 (2)水泥為硅酸鹽，不含SiC，A錯；Si3N4均為原子晶體，硬度大、熔點(diǎn)高，性質(zhì)穩(wěn)定，B正確；光導(dǎo)纖維的材料為SiO2，C正確；普通玻璃的主要成分為Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和純堿(Na2CO3)為主要原料反應(yīng)制成的。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2；CaCO3+SiO2= CaSiO3+CO2，無一定熔點(diǎn)，D錯誤；常溫下，Si只能與唯一一種酸HF反應(yīng)不與HCl反應(yīng)，E錯。 (3) 與 發(fā)生雙水解反應(yīng)， +2 +2H2O=2NH3H2O+H2SiO3。 高溫高溫2-3SiO+4NH2-3SiO+4NH 【方法技巧點(diǎn)撥】本題以硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用為背景來命題。要解決它必須具有三個層次上的能力：閱讀能力，即首先要能通過閱讀題目來弄清出題人的意圖。分析能力，即能分析題目中每一個信息與我們所學(xué)知識之間的聯(lián)系。運(yùn)用知識解決問題的能力。 考點(diǎn)三 高純度硅的制備、硅材料的性質(zhì)及用 例例3 晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下： 高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅 粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si+3HCl SiHCl3+H2 SiHCl3與過量H2在10001100 反應(yīng)制得純硅 已知SiHCl3，能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。 請回答下列問題：300 (1)第步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_。 (2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 )中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 )和HCl(沸點(diǎn)-84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為_。 (3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：SiO2+2C=Si+2CO 高溫分餾(或蒸餾) 裝置B中的試劑是_。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_。濃硫酸 使滴入燒瓶中的SiHCI3氣化 反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_，裝 置 D 中 發(fā) 生 反 應(yīng) 的 化 學(xué) 方 程 式 為_。 為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。有固體物質(zhì)生成 在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會軟化 SiHCl3+H2=Si+3HCl 高溫排盡裝置中的空氣 為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號)是_。 a碘水b氯水cNaOH溶液 dKSCN溶液eNa2SO3溶液bd 【解析】高純硅的制取是以初步冶煉得到的粗硅為原料，在加熱條件下與氯化氫氣體反應(yīng)，制成氣態(tài)化合物SiHCl3，與雜質(zhì)分離后在高溫條件下用氫氣還原，重新得到硅和氯化氫氣體，這樣就去掉雜質(zhì)，得到高純硅。 (1)工業(yè)上制粗硅時，是用SiO2為原料，在高溫下用C還原得到粗硅：SiO2+2C=Si+2CO，這樣得到的硅含有雜質(zhì)，可以作為冶煉制取高純硅的原料。 (2)中由題給物質(zhì)沸點(diǎn)的不同，可以考慮用分餾的方法來進(jìn)行分離。 高溫 (3)由于SiHCl3與水強(qiáng)烈反應(yīng)，所以反應(yīng)環(huán)境必須無水，制得氫氣必須干燥，B中放的是干燥劑(濃硫酸)，常溫下，SiHCl3是液態(tài)，為了增大兩者接觸面積，可以通過加熱的方法使SiHCl3氣化。D裝置采用石英管不采用普通玻璃管的目的是兩者反應(yīng)需要高溫，溫度高了，普通玻璃管會軟化。SiHCl3在空氣中會自燃，必須排除空氣。鐵元素的檢驗(yàn)是采用Fe3+遇KSCN變紅色。所以鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，試樣用稀鹽酸溶解后，還需要氯水和KSCN。 【方法技巧點(diǎn)撥】熟悉工業(yè)制粗硅及粗硅提純的工業(yè)制法，仔細(xì)閱讀題目信息，從給出的信息中找解的切入點(diǎn)。做題時還需注意兩點(diǎn)C和SiO2反應(yīng)，產(chǎn)物是CO不是CO2，C是還原劑；粗硅首先和Cl2反應(yīng)，生成SiCl4，SiCl4具有揮發(fā)性，揮發(fā)出來的SiCl4再和H2反應(yīng)生成Si和HCl。 1.(2011山東山東)某短周期非金屬元素的原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，該元素() A在自然界中只以化合態(tài)的形式存在 B單質(zhì)常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維 C最高價(jià)氧化物不與酸反應(yīng) D氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定A 【解析】依據(jù)原子核外電子的排布規(guī)律可知，在短周期元素中原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半的元素可以是Li或Si元素，但Li屬于金屬不符合題意，因此該元素是Si元素。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相化合，因此在自然界中硅主要以熔點(diǎn)很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在，選項(xiàng)A正確；硅位于金屬和非金屬的分界線附件常用作半導(dǎo)體材料，二氧化硅才用作光導(dǎo)纖維，選項(xiàng)B不正確；硅的最高價(jià)氧化物是二氧化硅，SiO2與酸不反應(yīng)但氫氟酸例外，與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和水，因此氫氟酸不能保存在玻璃瓶中，選項(xiàng)C不正確；硅和碳都屬于A，但硅位于碳的下一周期，非金屬性比碳的弱，因此其氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比甲烷弱，選項(xiàng)D也不正確。 2.(2010福建福建)下列各組物質(zhì)中，滿足右圖物質(zhì)一步轉(zhuǎn)化關(guān)系的選項(xiàng)是() C選項(xiàng)XYZANaNaOHNaHCO3BCuCuSO4Cu(OH)2CCCOCO2DSiSiO2H2SiO3 【解析】A項(xiàng)，NaHCO3無法一步到Na，錯。B項(xiàng)，Cu(OH)2無法一步到Cu，錯。C項(xiàng)，C與O2不完全燃燒得CO，CO與O2反應(yīng)得CO2，CO2與Mg反應(yīng)可得C，正確。D項(xiàng)，SiO2無法一步得H2SiO3，H2SiO3無法一步得Si，錯。 3.(2010寧波質(zhì)檢寧波質(zhì)檢)用4種溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應(yīng)關(guān)系錯誤的是() B選項(xiàng)操作及現(xiàn)象溶液A通入CO2，溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量，渾濁不消失NaAlO2溶液B通入CO2，溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液變渾濁。再加入品紅溶液，紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失。再加入足量NaOH溶液，又變渾濁Ca(OH)2溶液 【 解 析 】 A 項(xiàng) ， 2 + C O2( 少量)+3H2O=2Al(OH)3+CO，繼續(xù)通CO2，Al(OH)3不 溶 解 ， 但 生 成 H C O 。 B 項(xiàng) ，CO2+Na2SiO3+H2O=Na2CO3+H2SiO3，H2SiO3與C O2不 反 應(yīng) ， 渾 濁 不 會 消 失 。 C 項(xiàng) ，CO2+Ca(ClO)2+H2O=CaCO3+2HClO，所以溶液變渾濁，加入品紅被HClO氧化褪色。D項(xiàng)，首先，CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O，繼續(xù)通CO2，產(chǎn)生可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，則2NaOH+Ca(HCO3)2=CaCO3+Na2CO3+2H2O，溶液又變渾濁。 -2AlO 4.(2011河南焦作市模擬河南焦作市模擬)從下列事實(shí)所得出的相應(yīng)結(jié)論正確的是() 實(shí)驗(yàn)事實(shí)結(jié)論Cl2的水溶液可以導(dǎo)電Cl2是電解質(zhì)將燃燒的鎂條放入CO2中能繼續(xù)燃燒還原性：MgCNaHCO3溶液與NaAlO2溶液混合產(chǎn)生白色沉淀酸性： Al(OH)3 常溫下白磷可自燃而氮?dú)忭氃诜烹姇r才與氧氣反應(yīng)非金屬性：PN某無色溶液中加入氫氧化鈉溶液并加熱，產(chǎn)生的氣體能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍(lán) 該溶液一定有 -3HCO+4NH A. B C D全部 【解析】電解質(zhì)必須是化合物，錯誤；氮?dú)馀c氧氣難以反應(yīng)是因?yàn)榈獨(dú)夂腥I，非金屬性：NP，錯誤。 【答案】B 5.開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說法正確的是() A氮化硅陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料 BC60屬于原子晶體，用于制造納米材料 C纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料 D單晶硅常用于制造光導(dǎo)纖維 【解析】C60屬于分子晶體，B錯；纖維素乙酸酯不是天然高分子材料，C錯；制造光導(dǎo)纖維的原料是SiO2，D錯。 A 6.材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯誤的是()A材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅 【解析】本題考查生活中常見材料與化學(xué)的密切關(guān)系，要求考生了解常見物質(zhì)的組成。剛玉和金剛石的成分分別是三氧化二鋁和碳；大理石和石灰石的主要成分都是碳酸鈣；普通玻璃和普通水泥都是常見的硅酸鹽材料；沙子和石英的主要成分都是二氧化硅。故本題答案是A。 7.(2011溫州調(diào)研溫州調(diào)研)已知SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物，化學(xué)性質(zhì)具有一定的相似性；Mg和Na的化學(xué)性質(zhì)也具有一定的相似性。 .某興趣小組用如下圖所示裝置進(jìn)行Mg與SO2反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。 (1)選擇制取SO2的合適試劑_。 10%的H2SO4溶液80%的H2SO4溶液Na2SO3固體CaSO3固體 (2)寫出裝置B中發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式_。裝置C中的NaOH溶液的作用是_。 (3)你認(rèn)為該裝置是否有不足之處？_。如果有，請指出錯誤_。 SO2+2Mg=2MgO+S 吸收多余的SO2，防止污染環(huán)境 有 一是A、B之間缺少干燥裝置；二是B、C之間應(yīng)加一個安全瓶防止倒吸；三是C裝置沒有與大氣相通 .某研究小組進(jìn)行了“實(shí)驗(yàn)室制Si”的研究，他們以課本為基礎(chǔ)，查閱資料得到以下可供參考的信息： 工業(yè)上在高溫時用C還原SiO2可制得SiMg在點(diǎn)燃引發(fā)的條件下即可與SiO2反應(yīng)金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽與SiH4SiH4在空氣中自燃他們在研究報(bào)告中記載著：“選用合適的物質(zhì)在適宜的條件下充分反應(yīng)；再用足量稀硫酸溶解固體產(chǎn)物；然后過濾、洗滌、干燥；最后稱量”在用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花，且“實(shí)驗(yàn)室制Si”的產(chǎn)率也只有預(yù)期值的63%左右。 (4)該小組“實(shí)驗(yàn)室制Si”的化學(xué)方程式是_。 (5)你估計(jì)“用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花”的原因是_。2Mg+SiO2=2MgO+Si 點(diǎn)燃 金屬鎂與生成的硅繼續(xù)反應(yīng)得到硅化鎂，硅化鎂與硫酸反應(yīng)生成的SiH4在空氣中自燃(或用化學(xué)方程式說明：2Mg+Si=Mg2Si；M g2S i + 2 H2S O4= = = 2 M g S O4+ S i H4 ；SiH4+2O2=SiO2+2H2O) 【解析】 (1)實(shí)驗(yàn)室中用Na2SO3固體和濃硫酸制取SO2，SO2溶解度較大，故不能用稀硫酸，選擇試劑。 (2)B管中鎂與SO2反應(yīng)類似于Mg與CO2的反應(yīng)：SO2+2Mg=2MgO+S；多余的SO2需用NaOH溶液吸收，以防止大氣污染。 (3)該裝置中生成的SO2需干燥，同時B、C之間應(yīng)加一個安全瓶防止倒吸，C裝置應(yīng)將膠塞去掉，以平衡氣壓。 (4)鎂與SiO2反應(yīng)為：2Mg+SiO2= 2MgO+Si。 (5)根據(jù)題給信息，SiH4易自燃，故發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花，其反應(yīng)為：2Mg+Si=Mg2Si； Mg2Si+2H2SO4=2MgSO4+SiH4； SiH4+2O2=SiO2+2H2O。 金屬鎂與生成的硅繼續(xù)反應(yīng)得到硅化鎂，硅化鎂與硫酸反應(yīng)生成的SiH4在空氣中自燃。點(diǎn)燃