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.docx

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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

第二单元　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

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

3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3

玻璃

纯碱、石灰石、石英砂

玻璃窑

Na2O·CaO·6SiO2

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[CaAl2Si3O10·3H2O]表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O

B．镁橄榄石（Mg2SiO4）表示为MgO·SiO2

C．钾云母（K2Al6Si6H4O24）表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2

D．滑石（Mg3H2Si4O12）表示为3MgO·4SiO2·H2O

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K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；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

熔点高，硬度大；不溶于水。

（2）化学性质

3．用途

（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）。

①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚

②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸

③物理性质与二氧化碳相似

④SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的

⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2

⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”

答案　⑤⑥

解析　①SiO2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，①不正确；②SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；③SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；④SiO2晶体是由Si、O原子构成的，不含SiO2分子，④不正确；⑤正确；⑥光导纤维主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此易发生“断路”，⑥正确。

【考点】二氧化硅

【题点】二氧化硅的组成与结构

例4　二氧化硅是玻璃的主要成分之一。

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1∶2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

①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。

②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

①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：

Si＋2Cl2SiCl4。

②常温下，硅能与F2、HF反应，写出硅与氢氟酸反应的化学方程式：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

③写出常温下硅与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

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SiO2＋2CSi（粗）＋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，SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl。

（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“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

硅及其化合物的转化关系

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SiO

B．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

D．Na2SiO3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Na2O·CaO·6SiO2，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：

Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性：

H2SiO3>H2CO3

答案　B

解析　普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，还含有其他杂质，因此玻璃属于混合物，A错误；陶瓷、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Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，不是在溶液中进行的，利用的是难挥发性酸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（　　）

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．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2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，该反应中有元素化合价升高的物质是________（填化学式，下同），氧化剂是________。

答案　

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　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SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。

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（　　）

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SiO2

C．工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石

D．婺州窑胎体的