专题四课时3.docx
《专题四课时3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题四课时3.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
专题四课时3
课时3 含硅矿物与信息材料
[考纲导航]
知识条目
必考要求
加试要求
选考分布
2015
2016
2017
9月
10月
4月
10月
4月
（1）硅在自然界的存在形式
a
a
19
3
（2）工业制备高纯硅的方法
a
b
（3）硅及其化合物（以SiO2和Na2SiO3为例）的重要性质
a
b
6（6）
（4）三大硅酸盐产品：
水泥、陶瓷、玻璃
a
a
（5）硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用
a
a
（6）光导纤维的组成和作用
a
考点一 硅、二氧化硅与信息材料
[主干精讲]
1．硅的存在与性质
（1）硅的存在：
硅在自然界中全部以化合态的形式存在，主要存在于硅酸盐及岩石中。
（2）物理性质：
硅晶体的熔点高，硬度大。
（3）化学性质
①常温下，性质稳定，与O2、Cl2、HNO3、H2SO4都很难反应。
但常温下，Si可以与F2、氢氟酸、NaOH溶液反应；加热或高温下能与O2、Cl2等反应。
②与氢氟酸反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
③与NaOH溶液反应：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；
④与O2反应：
Si＋O2
SiO2。
2．硅的工业制法
3．二氧化硅与二氧化碳的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学性质
与水反应
不反应
CO2＋H2O
H2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱
（NaOH）
溶液反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）
CO2少量：
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2足量：
CO2＋NaOH===NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
如与Ca（ClO）2反应：
Ca（ClO2）＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
与碱性氧
化物反应
如与CaO反应：
SiO2＋CaO
CaSiO3
如与Na2O反应：
CO2＋Na2O===Na2CO3
4.硅、二氧化硅的应用
（1）硅的用途
①作为半导体材料；②生产硅合金；③制造太阳能电池。
（2）二氧化硅的用途
①信息高速公路的骨架——光导纤维
②制造石英坩埚、石英玻璃、石英钟表等；
③制造电子工业的重要部件、光学仪器；
④用作工艺饰品如水晶、玛瑙等。
5．硅酸
（1）物理性质：
硅酸不溶于水。
（2）化学性质
①弱酸性（比碳酸还弱）
与NaOH溶液反应的化学方程式：
H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
向Na2SiO3溶液中通入少量CO2的化学方程式：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
②不稳定性
硅酸受热分解的化学方程式：
H2SiO3
SiO2＋H2O。
（3）用途
硅胶可用作干燥剂，也可以作催化剂的载体等。
[典例剖析]
【例1】 （2016·温州第二外国语学校高三模拟）关于硅的说法不正确的是（ ）
A．晶体硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体
B．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
C．利用二氧化硅与C反应能制得粗硅
D．二氧化硅性质较稳定，常温下不与任何物质反应
解析 A项，硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料，故A正确；B项，硅与氯气反应生成四氯化硅，与氧气加热生成二氧化硅，所以加热到一定温度时硅能与氯气、氧气等非金属反应，故B正确；C项，工业上，在电炉中用炭粉还原二氧化硅制得硅，故C正确；D项，硅常温下与氢氟酸、氢氧化钠反应，故D错误。
答案 D
【例2】 （2015·海南化学）单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。
其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。
回答下列问题：
（1）能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为____________________________________________________________________。
（2）由Mg2Z生成Y的化学方程式为_______________________________________
____________________________________________________________________，
Y分子的电子式为________________________________________________。
（3）Z、X中共价键的类型分别是________、________。
解析 根据题意，单质Z为半导体，则Z是Si；其氧化物为二氧化硅，SiO2可与氢氟酸反应；根据流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。
答案
（1）氢氟酸（HF） SiO2＋4Mg
Mg2Si＋2MgO
（2）Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑
（3）非极性键 极性键
[考点精练]
1．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（ ）
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸
D．碳和硅两种元素共有两种单质
解析 CO与NaOH溶液不反应，A错误；CO、SiO2与水不反应，C错误；碳有多种同素异形体，D错误。
答案 B
2．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是（ ）
A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐
B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物
D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的
解析 SiO2不能与水反应，B项错；SiO2也是酸性氧化物，C项错；SiO2中不存在分子，其化学式仅代表Si、O原子个数比为1∶2。
答案 A
3．下列离子方程式的书写正确的是（ ）
A．水玻璃中通入过量二氧化碳：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO
＋H2SiO3
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca（OH）2＋2CO2===Ca2＋＋2HCO
C．硅与氢氟酸的反应：
Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：
SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
解析 Na2SiO3是强电解质，应拆成Na＋、SiO
，且应生成HCO
，A错；B项正确写法是CO2＋OH－===HCO
；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H＋和F－。
答案 D
4．二氧化硅（SiO2）又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料（见下图）。
下列说法正确的是（ ）
A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B．SiO2和Si都是光导纤维材料
C．在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效
D．图中所示转化反应都是非氧化还原反应
解析 两性氧化物的定义为与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误。
答案 C
【易错警示】
熟记硅及其化合物的特殊性质
1．Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：
2C＋SiO2
Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。
2．非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱液作用放出H2，如Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
3．酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，但SiO2不与水反应。
4．SiO2是酸性氧化物，SiO2却既能与酸（氢氟酸）反应又能与NaOH溶液反应。
5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si却能与氢氟酸反应。
【规律方法】
1．粗硅的提纯
（1）用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。
（2）粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。
（3）粗硅的提纯过程：
SiO2→Si→SiCl4→Si，是利用物质的状态变化和反应地点不同进行提纯。
2．药品的贮存
实验室中不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放显碱性的液体，如NaOH溶液、氨水、Na2SiO3溶液、Na2CO3溶液等；氢氟酸能腐蚀玻璃，故常保存在塑料瓶中。
考点二 硅酸盐 硅酸盐产品
[主干精讲]
1．硅酸盐的概念
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
2．硅酸盐组成的表示方法
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O·SiO2，长石（KAlSi3O8）可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
3．硅酸钠
（1）白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
（2）与酸性较硅酸强的酸反应：
①与盐酸反应的化学方程式：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
②与CO2水溶液反应的化学方程式：
Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
（3）用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
4．三种常见的硅酸盐产品
硅酸盐产品
原料
主要设备
主要成分
水泥
石灰石、黏土
水泥回
转窑
硅酸二钙2CaO·SiO2
硅酸三钙3CaO·SiO2
铝酸三钙3CaO·Al2O3
玻璃
纯碱、石灰
石、石英
玻璃窑
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
黏土
[典例剖析]
【例1】 （2016·浙江省金华一中高一下月考）“金华玉”主要成分为黄蜡石，某种黄蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是（ ）
A．黄蜡石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B．黄蜡石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物
C．潮湿的空气可能导致黄蜡石作品表面溶解变质
D．置于干燥空气中可能会导致黄蜡石作品脱水变质
解析 A项，能与酸碱反应，则黄蜡石雕刻作品要避免与酸碱接触，正确；B项，不同金属氧化物的颜色不同，则黄蜡石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物，正确；C项，潮湿的空气与Al2O3·4SiO2·H2O不反应，不会导致黄蜡石作品表面溶解变质，错误；D项，置于干燥空气中，Al2O3·4SiO2·H2O发生风化，可能会导致黄蜡石作品脱水变质，正确。
答案 C
【例2】 （2015·温州十校联考）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）下列物质不属于硅酸盐的是________。
A．陶瓷B．普通玻璃
C．水泥D．生石灰
（2）SiO2是玻璃的主要成分之一，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。
（3）用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。
Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚D．铁坩埚
（4）工业上常利用反应2C＋SiO2
Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________（填化学式，下同），氧化剂是________。
解析
（1）生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不属于硅酸盐。
（2）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。
（3）Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。
SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料（普通玻璃、石英玻璃）以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。
（4）题给反应中C（碳）被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
答案
（1）D
（2）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 氢氟酸 （3）防火剂 D （4）C SiO2
[考点精练]
1．有报道称，2013年太阳能晶体硅供不应求情况恐持续，其价格可望持稳。
下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（ ）
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生
C．普遍玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料
D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2
解析 A项，硅酸钠本身是一种粘合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应①是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，CO2是气体，逸出促进②反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐；D项正确。
答案 D
2．（2016·浙江省温州市高一上质检）“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义。
请回答下列问题：
Ⅰ.
（1）石棉（CaMg3Si4O12）是常用的耐火材料，用氧化物的形式表示其组成__________。
（2）高分子材料可以分成无机高分子材料和有机高分子材料。
[AlFe（OH）nCl6－n]m属于无机高分子材料，是一种新型高效净水剂，它广泛应用于生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为____________；
Ⅱ.高纯二氧化硅可用来制造光纤。
某稻壳灰的成分为：
组分
SiO2
C
Na2O
K2O
Al2O3
Fe2O3
质量分数
59.20
38.80
0.25
0.50
0.64
0.16
通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。
请回答下列问题：
（1）根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物最多有__________类。
（2）步骤①中涉及SiO2的离子反应方程式为________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________。
（3）滤渣A的成分有____________（填化学式）。
（4）步骤②洗涤沉淀的方法是：
__________________________________________
____________________________________________________________________。
（5）步骤③反应的化学方程式为：
____________________；实验室进行步骤③用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、______________和______________。
解析 Ⅰ、
（1）石棉（CaMg3Si4O12）是常用的耐火材料，用氧化物的形式表示其组成时，先写活泼金属氧化物，再写非金属氧化物；用氧化物的形式表示CaO·3MgO·4SiO2。
（2）[AlFe（OH）nCl6－n]m，根据化合价代数和等于0的原则，其中铁元素的化合价为＋3。
Ⅱ、
（1）根据氧化物的性质进行分类，SiO2属于酸性氧化物；Na2O、K2O、Fe2O3属于碱性氧化物；Al2O3属于两性氧化物；稻壳灰中涉及的氧化物最多有3类。
（2）氢氧化钠与SiO2反应生成硅酸钠，反应的离子方程式为SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O。
（3）Fe2O3、C与氢氧化钠不反应，滤渣A的成分有Fe2O3、C。
（4）洗涤沉淀的方法是：
往漏斗里的沉淀中注入蒸馏水致水浸没沉淀，让水自然流下，重复2～3次。
（5）步骤③为硅酸分解，反应的化学方程式为：
H2SiO3
SiO2＋H2O；实验室灼烧固体用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、坩埚钳和三角架。
答案 Ⅰ.
（1）CaO·3MgO·4SiO2
（2）＋3
Ⅱ.
（1）3
（2）SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
（3）C和Fe2O3
（4）往漏斗里的沉淀中注入蒸馏水致水浸没沉淀，让水自然流下，重复2～3次
（5）H2SO3
SiO2＋H2O 坩埚钳 三角架
【易错警示】
（1）不要混淆硅和二氧化硅的用途：
用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。
（2）不要混淆常见含硅物质的成分。
①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。
②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。
③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
课后限时训练
（时间：
45分钟）
一、选择题
1．常温下，下列各组物质不能发生反应的是（ ）
①硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 ④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与NaOH溶液 ⑥二氧化硅与浓硝酸
A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D．②④⑥
解析 硅的化学性质稳定，常温下除与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应外，不与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。
二氧化硅与碳酸盐的反应需要在高温条件下才能进行，这也是变相考查玻璃工业的知识。
答案 D
2．昆仑玉的主要成分是由透闪石和阳起石组成的纤维状微晶结合体，透闪石的主要化学成分为Ca2Mg5Si8O22（OH）2。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．透闪石的主要化学成分可表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
B．透闪石中Mg的质量分数是Ca的质量分数的1.5倍
C．1molCa2Mg5Si8O22（OH）2与足量的盐酸作用，至少需要14molHCl
D．透闪石是一种新型无机非金属材料，难溶于水
解析 依改为氧化物的表示规则可判断，A正确；1mol透闪石中Mg的总质量为120g，是Ca的1.5倍，B正确；透闪石与盐酸作用时，SiO2与盐酸不反应，其他金属氧化物则转化为金属氯化物，根据氯原子守恒知，C正确；由透闪石的组成知它属于传统的硅酸盐材料，难溶于水，D错误。
答案 D
3．下列说法中不正确的是（ ）
A．因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸
B．CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀
C．SiO2熔点高、硬度大
D．氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
解析 H2SiO3对应的酸性氧化物是SiO2，但SiO2不能直接与水反应生成H2SiO3。
答案 A
4．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取到一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。
下列关于二氧化硅的说法中，正确的是（ ）
A．二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅能与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强
D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
解析 二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，不能和水反应生成硅酸，A错误；碳酸的酸性比硅酸强，B正确；高温下二氧化硅与碳酸钠的反应是在非溶液状态下进行的，属于用不挥发性的酸酐来制取挥发性的酸酐，所以该反应不能作为判断硅酸与碳酸酸性强弱的依据，C错误；二氧化硅可以与氢氟酸发生反应，D错误。
答案 B
5．下列说法正确的是（ ）
A．光导纤维的主要成分是硅
B．常用氢氟酸（HF）来刻蚀玻璃
C．制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英
D．实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液
解析 A项，光导纤维的主要成分是二氧化硅，错误；C项，制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英，错误；D项，保存氢氧化钠溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶，因为NaOH与玻璃的主要成分SiO2反应生成硅酸钠，长时间会使瓶塞和瓶口黏结在一起，错误。
答案 B
6．下列说法正确的是（ ）
A．SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑，说明H2SiO3的酸性大于H2CO3的酸性
B．可在试管内完成焦炭和石英砂（SiO2）制取硅的反应
C．二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料
D．CO2、CH4、N2是温室气体
解析 强酸制弱酸都是在溶液中进行的反应，而SiO2与Na2CO3是高温下的反应，生成CO2气体逸出，有利于反应的进行，A项错；在高温下试管会熔化，甚至玻璃试管中的SiO2会与焦炭反应，B项错；N2不是温室气体，D项错。
答案 C
7．将足量CO2气体通入水玻璃（Na2SiO3溶液）中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（ ）
A．Na2SiO3B．Na2CO3、Na2SiO3
C．Na2CO3、SiO2D．SiO2
解析 将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：
2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：
H2SiO3
H2O＋SiO2；2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。
答案 A
8．半导体工业中，有一句行话：
“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。
制取过程中不涉及的化学反应是（ ）
A．2C＋SiO2
Si＋2CO↑
B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
C．Si＋2Cl2
SiCl4
D．SiCl4＋2H2
Si＋4HCl
解析 工业制取纯硅的工艺流程为：
SiO2
粗硅
SiCl4
纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。
答案 B
9．（2016·江西省余干县高三第四次能力测试）用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是（ ）
A．钙沸石[CaAl2Si3O10·3H2O]CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石（Mg2SiO4）2MgO·SiO2
C．长石（KAlSi3O8）K2O·Al2O3·3SiO2
D．高岭石[Al2Si2O5（OH）4]Al2O3·2SiO2·2H2O
解析 C项没有配平，SiO2前的数字应为6，正确书写是K2O·Al2O3·6SiO2，是将原化学式所有原子个数翻倍得到的，故选C。
答案 C
10．（2016·温州第二外国语模拟）下列工业生产中，用石灰石作为原料的是（ ）
①海水提镁 ②氯碱工业 ③制普通玻璃 ④工业制硫酸 ⑤制漂白粉 ⑥冶炼生铁 ⑦制硅酸盐水泥 ⑧工业制高纯硅
A．①③⑤⑥⑦B．①②⑤⑦⑧
C．②③④⑤⑥D．①③⑥⑦⑧
解析 ①从海水中提取镁的原料
升级会员 