2019高中化学 专题4 硫、氮和可持续发展 第二单元 含硅矿物与信息材料学案 苏教版必修1.doc

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1、- 1 -第二单元第二单元 含硅矿物与信息材料含硅矿物与信息材料学习目标定位 1.知道硅在自然界的存在形式和硅酸盐产品的重要应用，会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的组成。2.知道硅及其重要化合物二氧化硅的性质及其应用。一、硅酸盐1硅元素的存在形式2硅酸盐的组成与性质用氧化物形式表示硅酸盐的组成(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物之间以“”隔开。(3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。(4)若出现分数时应化为整数。3最简单的硅酸盐- 2 -4三种常见的硅酸盐产品产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑3CaOSiO2，2CaOSiO2，3Ca

2、OAl2O3玻璃纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑Na2OCaO6SiO2陶瓷黏土硅酸盐例 1 下列叙述正确的是( )A硅酸钠是硅酸盐，但不能溶于水B电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐C建筑工业常用水玻璃作黏合剂D用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火答案 C解析 Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。【考点】硅酸盐【题点】硅酸盐的性质及应用例 2 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( )A钙沸石CaAl2Si3O103H2O表示为 Al2O3CaO3SiO23H2OB镁

3、橄榄石(Mg2SiO4)表示为 MgO SiO21 2C钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为 K2O2H2O3Al2O36SiO2D滑石(Mg3H2Si4O12)表示为 3MgO4SiO2H2O答案 D解析 根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A 中 Al2O3和 CaO 的排列顺序有误；B 中化学计量数出现了分数；C 中正确的写法应为 K2O3Al2O36SiO22H2O；D 的写法符合要求。【考点】硅酸盐【题点】硅酸盐组成的表示方法二、二氧化硅与信息材料1存在天然存在的二氧化硅有：沙子、石英、水晶、硅藻土等。2性质(1)物理性质- 3 -熔点高，硬度大；不溶于水。(2)化学性质3用途

4、(1)沙子是基本的建筑材料。(2)纯净的二氧化硅是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。(3)石英和玛瑙制作饰物和工艺品。(4)实验室中使用石英坩埚。(1)SiO2和 CO2物理性质差别很大，常温下 SiO2是坚硬的固体，而 CO2为气体。(2)SiO2和 CO2都属于酸性氧化物，但 SiO2与水、酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。(3)高温下，SiO2能与碳酸钠、碳酸钙反应。例 3 关于二氧化硅，下列叙述正确的是_(填序号)。化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸物理性质与二氧化碳相似SiO2晶体是由 SiO2分子直接组

5、成的水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是 SiO2光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”答案 解析 SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与 NaOH 发生反应，熔融 NaOH 固体不能用石英坩埚，不正确；SiO2属于酸性氧化物，与 H2O 不反应，但能与HF 反应，不正确；SiO2与 CO2结构不同，物理性质差别很大，不正确；SiO2晶体是由 Si、O 原子构成的，不含 SiO2分子，不正确；正确；光导纤维主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此易发生“断路” ，正确。【考点】二氧化硅【题点】二氧化硅的组成与结构- 4 -例 4 二氧化硅是玻璃的主要成分之一

6、。下列说法不正确的是( )A二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大B二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液D氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸答案 B解析 二氧化硅是硅原子和氧原子按 12 的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。思维启迪(1)盛放碱性溶液(如氢氧化钠溶液)的试剂瓶应用橡胶塞或软木塞，而不

7、能用磨口玻璃塞。(2)氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，常用塑料瓶盛放氢氟酸。(3)石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体。【考点】二氧化硅【题点】二氧化硅的化学性质三、单质硅及其制取1单质硅的结构单质硅有晶体硅和无定形硅两类。晶体硅结构如图所示：(1)具有正四面体形的网状结构；(2)与金刚石的结构相似。2单质硅的性质(1)物理性质晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。(2)化学性质加热时硅能与氧气、氯气、碳等发生反应。写出硅与氯气反应的化学方程式：Si2Cl2- 5 -SiCl4。=加热常温下，硅能与 F2、

8、HF 反应，写出硅与氢氟酸反应的化学方程式：Si4HF=SiF42H2。写出常温下硅与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。3单质硅的制备单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段：(1)用碳还原二氧化硅制备粗硅，反应的化学方程式是 SiO22CSi(粗)=高温2CO。(2)将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅，反应的化学方程式是 Si(粗)2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si(纯)4HCl。=高温(1)硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅。(2)单质硅常用作半导体材料和合金材料。例 5 我国具有独立知识产权的电脑芯片“

9、龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )A晶体硅和金刚石的物理性质相似B晶体硅的性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电答案 A解析 晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与 F2、HF 和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。【考点】单质硅【题点】硅的结构与物理性质硅及其化合物的转

10、化关系- 6 -1(2018诸暨中学段考)手机芯片是一种在半导体材料上集合多种电子元器件的电路模块。下列可用作半导体材料的是( )A铝 B二氧化硅 C.铁 D硅答案 D解析 铝、铁都是导体；二氧化硅是氧化物，是绝缘体；而硅导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料。2下列有关硅酸盐的说法中正确的是( )A硅酸盐中的阴离子都是 SiO23B硅酸盐都难溶于水C通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的DNa2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂答案 D解析 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如 Na2SiO3)，也包含结构

11、复杂的硅酸盐，A 项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如 Na2SiO3、K2SiO3等，B 项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C 项错误。3下列关于硅酸盐工业的叙述正确的是( )A普通玻璃的主要成分可以表示为 Na2OCaO6SiO2，说明玻璃为纯净物B陶瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品C制玻璃、水泥时都用到了石灰石和黏土D制玻璃的过程中发生了反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，说明酸性：=高温H2SiO3H2CO3答案 B解析 普通玻璃的主要成分可以表示为 Na2OCaO6SiO2，还含有其他杂质，因此玻璃属于混合物，A 错误；陶瓷

12、、玻璃、水泥都属于传统的硅酸盐产品，B 正确；制造玻璃的主要原料是石灰石、纯碱和石英，制造水泥的主要原料是石灰石、黏土和辅助原料，C 错误；反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，不是在溶液中进行的，利用的是难挥发性酸=高温制备易挥发性酸原理，事实上碳酸的酸性强于硅酸的酸性，在溶液中碳酸可以制备硅酸，D错误。4下列二氧化硅的用途不正确的是( )- 7 -A水晶可用来制造电子产品的重要部件和光学仪器B纯净的二氧化硅是制造光导纤维的重要原料C石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器D硅藻土常用作吸附剂和气体的干燥剂答案 D解析 硅藻土常用作吸附剂和催化剂的载体。5下列有关硅的说法不正确的是( )A

13、硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应答案 C解析 A 项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；B 项，硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料，正确；C 项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与 F2、HF 等物质发生反应，错误；D 项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。6硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的 90%以上。(1)SiO2是玻璃的成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反

14、应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。(2)用 Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现 Na2SiO3的用途为可作_的原料。(3)工业上常用 2CSiO2Si2CO制备粗硅，该反应中有元素化合价升高=高温的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。答案 (1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O 氢氟酸(2)防火剂 (3)C SiO2解析 (1)SiO2与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。由于 SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(2)Na2SiO3的水溶液又称“水玻璃” ，它具有阻燃的功能，因此可作防火

15、剂。(3)反应中 C 被氧化，SiO2被还原，因此 SiO2作氧化剂。对点训练题组一 硅酸盐及其产品1下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( )- 8 -A这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质答案 D解析 水玻璃的化学性质稳定，但在空气中易与二氧化碳反应生成硅酸。2(2018金华十校期末调研)金华市博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)。下列说法不正确的是( )A古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B普通玻璃的主要成分是 SiO2C工业上制取水泥的主要原料为黏土、

16、石灰石D婺州窑胎体的原料为高岭土Al2Si2O5(OH)4，以氧化物形式表示：Al2O32SiO22H2O答案 B解析 普通玻璃是由碳酸钙、碳酸钠和二氧化硅在高温下反应得到的产物，主要成分为硅酸钙、硅酸钠和二氧化硅，B 错误；工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石，在高温下反应得到复杂的产物，C 正确；Al2Si2O5(OH)4用氧化物形式表示：Al2O32SiO22H2O，D 正确。3据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述不正确的是( )A它耐高温、抗氧化B它比钢铁轻、硬，但质地较脆C它没有固定熔点D它是一种新型

17、无机非金属材料答案 B解析 航空材料的特点是质轻、强度高、稳定性好，故 A 项正确，B 项不正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔、沸点，根据其组成可知属于新型无机非金属材料，故 C、D 项正确。4下列有关普通玻璃的说法不正确的是( )A制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B玻璃在加热熔化时有固定的熔点C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起答案 B- 9 -解析 工业上生产玻璃的原料有纯碱、石灰石和石英；玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，属于混合物，在加热熔化时没有固定的熔点。【

18、考点】硅酸盐【题点】常见的硅酸盐产品题组二 二氧化硅的性质及其应用5下列说法中错误的是( )A硅元素是地壳中含量最多的元素B自然界中二氧化硅主要存在于石英矿和硅酸盐中C石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅D玛瑙是具有彩色环带状或层状的石英晶体答案 A解析 地壳中硅元素的含量居第二位，仅次于氧元素；二氧化硅主要存在于石英矿和硅酸盐中。【考点】二氧化硅【题点】二氧化硅的存在与物理性质6下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是( )门窗玻璃 水晶镜片 石英钟表 玛瑙首饰 硅太阳能电池 光导纤维 计算机芯片A B全部C D答案 A解析 玻璃、石英、水晶、玛瑙和光导纤维的成分中都含有二氧化硅，计算机芯片

19、、硅太阳能电池的主要成分是单质硅。【考点】二氧化硅【题点】二氧化硅的用途7现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是( )A纯水 B盐酸C硝酸银溶液 D碳酸钠溶液答案 B解析 硅酸钠、石灰石、二氧化硅中后两种难溶于水；硅酸钠溶液与盐酸反应会出现白色胶状沉淀，后两种与盐酸反应分别出现气体和无明显现象；硅酸钠溶液可与硝酸银溶液反应生成白色沉淀，其余无明显现象；加入碳酸钠溶液后均无明显现象。【考点】硅酸盐- 10 -【题点】硅酸钠溶液及其用途8关于工业制金刚砂的反应：SiO23CSiC2CO，下列说法正确的是( )=高温ASiO2是氧化剂，C 为还原剂B碳的还

20、原性比硅强C氧化剂和还原剂的物质的量之比为 21D1 mol SiO2参与反应时，转移电子 4 mol答案 D解析 由价态变化知该反应是单质碳自身的氧化还原反应，作为氧化剂和还原剂的碳的物质的量之比为 12，故选 D。【考点】二氧化硅【题点】二氧化硅性质的综合题组三 硅的制备与用途9硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )A陶瓷餐具 B石英钟表C计算机芯片 D光导纤维答案 C10(2018汕头高一期末)下面关于硅的叙述中，正确的是( )A二氧化硅可用于光导纤维，利用了它的导电性B硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C硅的化学性质不活泼，在自然界

21、可以以游离态形式存在D硅在电子工业中是重要的半导体材料答案 D解析 A 项，光导纤维的主要成分是 SiO2，不是利用的导电性，利用对光的全反射，故 A 错误；B 项，地壳中含量最高的是氧元素，硅元素居第二位，故 B 错误；C 项，硅元素是亲氧元素，在自然界中以化合态形式存在，故 C 错误；D 项，硅是良好的半导体，故 D 正确。【考点】单质硅【题点】硅在自然界的存在11有科学家提出硅是“21 世纪的能源” “未来的石油”等观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是( )A硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B自然界中存在大量单质硅

22、C硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制D自然界硅的贮量丰富答案 B- 11 -解析 自然界硅的贮量丰富，大多数是以 SiO2和硅酸盐的形式存在，无单质硅存在；硅单质是固体，化学性质不活泼，所以硅便于运输、贮存，其燃烧产物 SiO2对环境污染程度低，容易有效控制，故 A、C、D 项正确，B 项错。【考点】单质硅【题点】硅在自然界的存在12制备硅单质时，主要化学反应如下：SiO2(石英砂)2C(焦炭)Si(粗硅)2CO，=高温Si(粗硅)2Cl2SiCl4，=高温SiCl42H2Si(纯硅)4HCl，下列对上述三个反应的叙述中不正确的是( )=高温A为置换反应B均为氧化还原

23、反应C为化合反应 D三个反应的反应物中硅元素均被还原答案 D解析 在反应中 Si 元素化合价升高，被氧化。综合强化13为确认 HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的实验装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为_。(2)装置 B 所盛的试剂是_，其作用是_。(3)装置 C 所盛试剂是_，C 中反应的离子方程式是_。(4)由此得到的结论是酸性_。答案 (1)盐酸(2)饱和 NaHCO3溶液 吸收 HCl 气体(3)Na2SiO3溶液 SiOCO2H2O=H2SiO3CO(或2323- 12 -

24、SiO2CO22H2O=2HCOH2SiO3)23 3(4)HCl H2CO3 H2SiO3解析 根据强酸弱酸盐弱酸强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A 中盛放Na2CO3，根据 Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可以知道酸性 HCl 强于 H2CO3，然后将生成的 CO2通入 Na2SiO3溶液中，反应为 Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由此判断酸性：H2CO3H2SiO3，但需注意的是 A 中反应会有 HCl 气体逸出，故通入 Na2SiO3溶液前需将 HCl 吸收，但不能吸收 CO2，故选用饱和 NaHCO3溶液。14A、B、C、D、E 代表单质或化合物

25、，它们之间的相互转化关系如下图所示。A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。(1)形成单质 A 的元素，在化合物中的最高化合价为_。 (2)B 的化学式是_，C 的化学式是_，D 的化学式是_。(3)B 与碳反应生成 A 和 E 的化学方程式为_。答案 (1)4 价 (2) SiO2 CaSiO3 Na2SiO3(3) SiO22CSi2CO=高温解析 本题的突破点是“A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质” ，由此可知 A 为硅， B 为二氧化硅，C 为硅酸钙，D 为硅酸钠。【考点】硅酸【题点】二氧化硅与硅酸的综合15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

26、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，生产过程示意图如图所示：(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，写出配平的化学方程式：_。(3)H2还原 SiHCl3过程中若混入 O2，可能引起的后果是_。- 13 -答案 (1)SiHCl3H2Si3HCl=1 357 K(2)SiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl (3)高温下，H2遇 O2发生爆炸解析 (1)根据质量守恒定律可知，SiHCl3与 H2在高温下反应，生成 Si 和 HCl，化学方程式为SiHCl3H2Si3HCl。(2)根据质量守恒定律，SiHCl3遇水剧烈反应生成=1 357 KH2SiO3、HCl 和 H2，反应的化学方程式为 SiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl。(3)H2还原 SiHCl3过程中若混入 O2，高温下，H2遇 O2发生爆炸。