硅矿物与信息材.docx

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硅矿物与信息材

辅导讲义

讲义编号

学员编号：

年级：

课时数：

3

学员姓名：

辅导科目：

化学学科教师：

课题

含硅矿物与信息材料

授课日期及时段

教学目的

1.熟练掌握硅、二氧化硅硅酸盐的性质。

2.了解硅酸盐在生活中的应用。

教学内容

【学情分析】

本节课要求学生了解硅酸盐材料在生活中的应用，需要学生多看多想，才能把这节学好。

【课前检测】

1、在自然界里，硅存在于地壳的各种矿物和岩石中的形式是             （     ）

A、晶体硅   B、二氧化硅   C、硅酸    D、硅酸盐

2、下列说法中不正确的是                                           （    ）

A、硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅

B、水泥、普通玻璃都是混合物

C、生产水泥和玻璃都必须用石灰石

D、用纯净的石英制成石英玻璃,它的膨胀系数小,常用来制造耐高温的化学仪器

3、下列物质的主要成分不属于硅酸盐的是                             （     ）

A、水晶  B、陶瓷   C、水玻璃     D、普通玻璃

4、融化烧碱应选用的坩埚是                                         （      ）

A、铁坩埚  B、玻璃坩埚   C、石英坩埚  D、瓷坩埚

【知识梳理】

1、硅的存在：

（1）在地壳中的含量仅次于氧，居于第二位；

（2）在自然界中没有游离态的硅，只有以化合态态存在的硅。

如SiO2、CaSiO3 等；

（3）化合态的硅广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里，是构成矿物和岩石的主要成分。

2、硅酸盐及其性质

（1）硅酸盐组成的表示方法

①盐化学式法

如:

硅酸钠：

Na2SiO3、硅酸钙：

CaSiO3，此法用于组成简单的硅酸盐。

②盐氧化物法

如:

锆石：

ZrO2•SiO2              红柱石：

Al2O3•SiO2

镁橄榄石：

2MgO•SiO2             钙铝石榴子石：

3CaO•Al2O3•SiO2

（2）硅酸盐的性质

①Na2SiO3是极少数可溶于水的硅酸盐的一种。

②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,是建筑业中常用的一种黏合剂,也是一种矿物胶;用水玻璃浸泡过的木材、纺织品既耐腐蚀又不易着火。

③Na2SiO3溶液呈碱性,易吸收空气中的CO2,因此Na2SiO3溶液要密封保存。

3、硅酸盐产品（查阅资料或者参观玻璃厂、水泥厂了解水泥和玻璃是如何生产的）

（1）陶瓷：

中国是瓷器之都,新石器时代就已经掌握了炼陶技术,陶瓷不仅广泛应用于生活,而且在电子工业,原子能工业,宇航事业等方面发挥越来越重要的作用。

（2）水泥：

建筑业中使用最普遍的基础材料。

制造原料：

黏土（主要成分铝硅酸盐）,石灰石;

主要设备：

回转窖

生产条件：

高温煅烧

（3）玻璃：

一种重要的工农业原料。

制造原料：

石灰石,纯碱,石英;

主要设备：

玻璃熔炉

生产条件：

高温

成分：

Na2O•CaO•6SiO2

[水泥、玻璃、陶瓷的比较]

水泥

玻璃

陶瓷

生产原料

粘土、石灰石、石膏

纯碱、石灰石、石英（过量）

粘土

生产设备

水泥回转窑

玻璃窑

生产原理

将原料磨细，混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研成细粉

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

烧制前在坯体上涂彩釉

主要成分

硅酸三钙（3CaO·SiO2）

硅酸二钙（2CaO·SiO2）

铝酸三钙（3CaO·A12O3）

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

（Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2或Na2O·CaO·6SiO2）

重要性质

具有水硬性，跟水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬

无固定熔点，在一定温度范围内逐渐熔化（玻璃态物质）

具有抗氧性，耐高温，绝缘，易成形

种类

矿渣硅酸盐水泥、沸石岩水泥

有色玻璃：

（加入Co2O3后的玻璃呈蓝色，加入Cu2O后的玻璃呈红色．普通玻璃呈淡绿色是因为原料中混有Fe2+）、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃

土器、陶器、炻器、瓷器

例题1、三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。

三硅酸镁晶体化学式为Mg2Si3O8·nH2O。

⏹

（1）用氧化物的形式表示三硅酸镁的化学式。

⏹

（2）写出该药物中和胃酸的化学方程式。

⏹【解析】　用氧化物的形式表示硅酸盐的时候，应注意书写顺序：

活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。

第二问若直接写三硅酸镁与盐酸反应，许多同学会感到无从下手。

应以氧化物形式书写。

碱性氧化物（MgO）能与盐酸反应，而SiO2不能与盐酸反应，可当成杂质，最后写出正确的方程式。

⏹【答案】　

（1）2MgO·3SiO2·nH2O

⏹

（2）2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl===2MgCl2＋（n＋2）H2O＋3SiO2

二氧化硅与信息材料

一、二氧化硅（SiO2）

1、存在：

二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。

天然二氧化硅的矿物有：

硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等。

2、物理性质：

①状态：

无色透明晶体或白色粉末；②熔、沸点高；③硬度大；④难溶于水。

3、化学性质：

（1）结构：

二氧化硅晶体与金刚石结构相似，具有高硬度、高熔沸点特征。

（2）具有酸性氧化物的通性；

①二氧化硅与氧化钙（高温）：

SiO2＋ CaO===Ca2SiO3                              

②二氧化硅与氢氧化钠溶液：

 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3+H2O                            

〖思考〗实验室盛放碱液的试剂瓶常用橡皮塞，不用玻璃塞，就是为了防止玻璃受碱液腐蚀生成Na2SiO3而使瓶口和塞子粘在一起。

写出反应的离子方程式：

                                          。

③二氧化硅与碳酸钠（高温）：

SiO2＋ Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑                           

（3）不跟酸（除HF外）反应：

 SiO2＋4HF== SiF4+2H2O    （雕刻玻璃、腐蚀玻璃）

（4）与C反应（高温）：

①SiO2＋2C

Si+2CO↑                    

4、用途：

即为硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等的用途。

用于制造光导纤维、石英玻璃、电子光学仪器、精密仪器轴承、耐磨器皿等。

二、硅

1、物理性质：

晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，熔点和沸点都很高，硬度也很大（因为它的结构类似于金刚石），是良好的半导体材料，广泛应用于电子的各个领域。

2、化学性质：

很稳定

（1）常温下不与O2、Cl2、H2、浓H2SO4、浓HNO3等反应。

2，常见的反应

3、硅的制备

工业上用炭自在高温下还原二氧化硅的方法，制得含有少量杂质的粗硅。

将粗硅在高温下跟氯气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。

工业制法：

二氧化硅－→粗硅－→四氯化硅－→精硅（写出化学方程式）

例题2下列关于硅的说法中，不正确的是（　　）

A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

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发生反应

D．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属反应

【解析】　本题考查硅的物理性质、化学性质。

【答案】　C

【重难点突破】

例题3有一粗铝，含铁和硅两种杂质，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2。

则该粗铝中铁和硅的关系正确的是（　　）

A．物质的量之比为1∶1

B．物质的量之比为2∶1

C．质量之比为4∶1

D．质量之比为2∶1

解析一定量铝与酸或氢氧化钠反应放出的氢气量相等，则据题意可知，粗铝中的铁与酸反应放出的氢气和硅与氢氧化钠反应放出的氢气量相等，依据反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑可知，Fe与Si的物质的量之比为2∶1时产生H2的量相等，而Fe与Si的物质的量之比为2∶1时其质量之比为4∶1。

答案BC

例题4.几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：

⏹

（1）写出图示反应的几种物质的化学式：

⏹A____________，B____________，C____________，

⏹D____________，E____________，F____________。

⏹

（2）写出下列反应的化学方程式：

⏹①B―→A：

__________；②B―→E：

__________。

⏹（3）写出下列溶液中反应的离子方程式：

⏹①A―→D______________________________；

⏹②D―→F______________________________。

【解析】　本题的突破点在于A和B，含Si的物质与碳在加强热的条件下能反应的只有Si和SiO2，所以A为Si，B为SiO2，则由Si的相关知识可推出C为H2SiO3，D为Na2SiO3，E为CaSiO3，F为H4SiO4

【课堂练习】 

1、给下列溶液中通入CO2气体，不可能产生沉淀的是       （ ）     

（A）氯化钙和硝酸钡的混合液             （B）稀的水玻璃

（C）偏铝酸钠溶液                       （D）碳酸钠饱和溶液

2、在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料是（     ）          

 （A）生石灰   （B）石灰石   （C）石英   （D）纯碱

3、地壳中含量第一和第二的两元素形成的化合物,不具有的性质    （    ）

A、熔点很高                  B、能与水反应生成对应的酸

C、可与纯碱反应              D、与碳在高温下反应可制取两元素中的一种单质

4将30gSiO2和足量的碳在高温下发生反应SiO2+2C == Si+2CO↑，下列叙述中正确的是（     ）

A.有0.5molSiO2参加反应              B.反应中有12g碳被还原

C.反应中生成了2.24LCO（标准状况）     D.反应中有0.5×6.02×1023个电子发生转移

5下列各组物质间，不能发生反应的是（    ）

A、二氧化硅与氧化钙（高温）   B、二氧化硅与氢氧化钠（常温）

C、二氧化硅与碳（高温）    D、二氧化硅与浓硝酸（常温）

6、关于硅的说法中，不正确的是（     ）

A、硅是地壳中含量较丰富的元素

B、在自然界里，硅存在于各种矿物质和岩石中的形式是硅酸

C、晶体硅的结构与金刚石相似，都具有较高的熔沸点

D、晶体硅是良好的半导体材料

7、工业上制造金刚砂（SiC）的化学方程式是SiO2＋3C＝＝SiC＋2CO↑，在这个氧化还原反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是（     ）

A、1︰2   B、2︰1    C、1︰1    D、3︰5

8、高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox（OH）y，其中x、y的数值分别为        （       ）

A、7、2   B、5、4    C、6、3    D、3、6

9、下列物质中，既不能与盐酸反应，又不能烧碱溶液反应的是             （       ）

A、水玻璃   B、二氧化硅   C、一氧化碳   D、氧化铝

10、向下列物质的饱和溶液中通入CO2，不发生反应的是                  （      ）

A、NaAlO2  B、NaHSO4   C、Na2SiO3   D、Ca（ClO）2

11、能贮存在带磨口塞的玻璃试剂瓶中的试剂是                          （       ）

A、KOH溶液  B、浓H2SO4    C、水玻璃   D、氢氟酸

12、等质量的Si和O2在密闭容器中反应后，剩下固体中含氧质量分数是     （       ）

A、＜50%   B、＝50%   C、＞50%   D、不能确定

【课堂小结】

【课后作业】

一、选择题

1.下列有关说法正确的是

A．水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料都不溶于水，所以所有的硅酸盐都不溶于水

B．水泥的主要成分有硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）及其他一些成分，所以硅酸盐都是氧化物

C．陶瓷分为土器、陶器、瓷器、炻器，与原料粘土的纯度有关

D．普通玻璃是透明的，所以硅酸盐也是透明的

2.磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可用于制成人造骨骼，这是利用了这类材料的                                                     

A.耐高温的特性       B.电学特性      C.光学特性     D.生物功能

3.反应CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑能说明的是                    

A.CaCO3的热稳定性不如CaSiO3强        B.C的非金属性比Si的强

C.碳酸的酸性比硅酸强                 D.SiO2的氧化性不如CO2的强

4.有关普通玻璃的叙述，错误的是                                

A.玻璃是混合物

B.制玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英、粘土

C.玻璃不是晶体

D.玻璃无一定的熔点

5.下列不属于陶瓷制品的是

A．秦兵马俑    B．坩埚    C．研钵    D．蒸发皿

6.下列说法中，正确的是

A.水晶和陶瓷的主要成分都属于硅酸盐  

B.单质硅是制造光导纤维的材料

C.硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料  

D.工业上用盐酸刻蚀玻璃

7.某硅酸盐样品含锌58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为nZnO·SiO2，则n值等于

A.2         B.3         C.1         D.1/2

8.下列叙述正确的是

A.CO2通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸

B.因为高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强

C.SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也水溶于任何酸

D.在制玻璃、制水泥的工业生产中，都需要的原料之一是石灰石

9.光纤通信70年代后期发展起来的一种新型通信技术，目前长距离光纤通信系统已投入使用，光纤通信的光学纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成的　

A.碳    B.石英      C.锗      D.硅

二、填空题

10.获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。

（1）光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，利用光缆通讯，能同时传输大量信息。

制造光纤电缆的主要原材料的化学式是______________，它属于_______________材料。

（2）信息产业的核心材料是高纯度的硅，高纯度的单晶硅生产方法之一：

SiO2

Si（粗硅）

SiHCl3（沸点31.5℃）

Si

超纯硅（多晶硅）

单晶硅

近代用得较多的另一种方法（之二）是：

用金属硅化物（Mg2Si）与盐酸作用制得硅烷，再热分解硅烷可得高纯硅。

单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。

根据上述信息回答以下问题：

（2）从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅为何还要进一步处理？

（3）写出方法二中，生产高纯硅的两个化学反应方程式：

①_______________________________________。

②_______________________________________。

三、计算题

11.已知某一硅酸盐可表示为Mga（Si4O10）（OH）b（其中a、b为正整数），试回答：

（1）a与b应满足的关系是（写表达式）___________________；

（2）a能否等于2？

__________（填“能”“不能”“无法确定”）

（3）a=3的硅酸盐的表达式（以氧化物的形式表示）_____________________。

课前检测答案BAAA

课堂练习答案ABBADBABCBBB

一、课后作业答案CDACCCAAB

10.

（1）SiO2无机非金属

（2）由C还原SiO2得到的单质硅中，杂质含量过高，将它用HCl—Cl2处理得到低沸点SiHCl3，便于蒸发提纯，然后再还原得高纯硅

（3）①Mg2Si+4HCl

2MgCl2+SiH4↑

②SiH4

Si+2H2

三、计算题

11.

（1）2a=b+4

（2）不能

（3）3MgO·4SiO2·H2O

解析：

（1）根据化合价规则，可列式为：

2a+4×4=2×10+b简化为2a=b+4

（2）令a=2，则b=0，故不能。

（3）当a=3时，b=2，Mga（Si4O10）（OH）b为Mg3（Si4O10）（OH）2，改写为氧化物的形式为3MgO·4SiO2·H2O