2018-2019版新学案化学苏教通用版讲义：专题3 第三单元 含硅矿物与信息材料

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第三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、硅酸盐与硅酸盐产品1．硅酸盐的概念由硅、氧和金属组成的化合物的总称.2．硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如:硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2；长石(KAlSi3O8):K2O·Al2O3·6SiO2。3．最简单的硅酸盐-—Na2SiO3硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃。用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现它具有阻燃的功能,因此可作防火剂。按要求完成下列实验:(1)在盛有饱和硅酸钠溶液的试管中，滴加2~3滴酚酞溶液,观察到的现象是溶液变为红色;再滴加稀盐酸，观察到的现象是溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀生成,反应的化学方程式是Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl。(2）若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中,观察到的现象是有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式是Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。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、石英玻璃熔炉普通玻璃Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土Al2O3·2SiO2·2H2O1.用氧化物的形式表示硅酸盐组成的方法(1）将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和氧化物组合）.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）书写原则:硅酸盐中各元素化合价及原子个数比保持不变。2．硅酸钠及硅酸（1)硅酸钠：化学性质相对稳定,不易腐蚀，不能燃烧,热稳定性强，其水溶液呈碱性，能与酸反应，其离子方程式为SiOeq\o\al（2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓.（2）硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱.硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色。①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3eq\o(=，\s\up7（△）)H2O＋SiO2。②硅酸能与强碱溶液反应：2NaOH＋H2SiO3=Na2SiO3＋2H2O。提醒硅酸盐氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示结构，不能认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。3．工业上制普通玻璃的主要反应Na2CO3＋SiO2eq\o（=，\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2eq\o（=，\s\up7(高温））CaSiO3＋CO2↑【例1】《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜,近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价).下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2B．性质稳定,不易脱色C．易溶解于强酸和强碱D．x等于6答案C解析“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应.“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价,则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2,A、B、D均正确.【例2】下列关于硅酸盐产品的说法正确的是()A．玻璃、水泥属于硅酸盐产品,陶瓷不属于硅酸盐产品B．普通玻璃的组成可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2C．生产水泥的主要原料是纯碱、石灰石和石英D．生产玻璃的主要原料是黏土、石灰石答案B解析陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品；普通玻璃的组成不仅可用Na2O·CaO·6SiO2表示，还可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2；生产水泥的主要原料是黏土、石灰石;生产玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。二、二氧化硅与信息材料1．二氧化硅（1）存在：沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。（2）物理性质:熔、沸点高，硬度大，不溶于水.(3）化学性质：①酸性氧化物的通性：与NaOH溶液反应：2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O；与碱性氧化物（CaO）反应：CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up7（高温)）CaSiO3。②特性：与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。（4)用途:制作光学镜片、石英坩埚，还可用于制作光导纤维。2．硅（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。晶体硅的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：硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼。常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外,硅不与其他物质（如强酸和强氧化剂）反应.加热时，硅能与O2、Cl2、C发生化合反应。(3)硅的工业制法①粗制:制备原理:SiO2＋2Ceq\o（=，\s\up7(高温)）Si＋2CO↑（隔绝空气条件下进行，C过量）.氧化剂：SiO2，还原剂：C。②精制：将粗硅(含杂质较多）与Cl2在高温下反应生成SiCl4。SiCl4经提纯后再用H2还原，即得高纯硅，有关反应的化学方程式为Si＋2Cl2eq\o（=,\s\up7(高温）)SiCl4,SiCl4＋2H2eq\o（=,\s\up7（高温))Si＋4HCl。二氧化硅的性质1．碳与硅、二氧化硅与二氧化碳性质差别较大的原因是结构不同.2．SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不与水反应,也不与酸（氢氟酸除外）反应.SiO2→H2SiO3需间接实现，如SiO2eq\o（→，\s\up7(OH－））SiOeq\o\al(2－,3）eq\o（→,\s\up7（H＋)，\s\do5（或CO2））H2SiO3.3．SiO2晶体中不存在SiO2分子,SiO2表示二氧化硅中Si原子和O原子个数比为1∶2的化学式。4．可以用玻璃瓶盛放碱液但不能用玻璃塞.原因是玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。5．Si、SiO2的转化关系【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CO2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SiO2⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”答案⑤⑥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，①不正确；SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；SiO2晶体是由Si、O原子构成的,不含SiO2分子,④不正确;⑤正确；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。【例4】晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下:二氧化硅eq\o(→,\s\up7(①焦炭）,\s\do5（高温））粗硅eq\o(→，\s\up7（②干燥HCl)，\s\do5(300℃））SiHCl3eq\o(→,\s\up7(③过量H2),\s\do5（1000℃))纯硅关于上述反应的分析不正确的是（)A．3个反应都是置换反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．提纯SiHCl3采用的方法是分液答案D解析高温下焦炭能将SiO2还原为Si,H2能将SiHCl3还原为Si,B项正确;硅在化合物中显＋4价，消耗或生成1molSi，则转移4mol电子，C项正确；SiHCl3中含有少量的SiCl4(和HCl)，它们的沸点有明显差异，用蒸馏(或分馏）的方法提纯，D项不正确。1．硅酸:一种不溶于水的酸，不能由SiO2与H2O反应制得。2．SiO2与硅两种物质的重要用途：SiO2是光导纤维的主要成分；硅是半导体材料.3．熟记三个化学方程式(1）SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；(2）SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O；(3)Na2SiO3＋CO2(少量）＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。1．华裔科学家高锟因在“光学通信领域光在光导纤维中传输”的研究方面所取得的开创性成就获得了诺贝尔物理学奖.光导纤维的主要成分是(）A．SiB．SiO2C．Na2SiO3D．SiCl4答案B解析光导纤维的主要成分为SiO2。2．下列说法正确的是（）A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应B．二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成C．硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水D．CO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂答案D解析SiO2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O,所以A不正确;二氧化硅中不存在SiO2分子，所以B不正确;硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，所以C不正确。3．下列关于玻璃的叙述正确的是（)A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英B．普通玻璃的主要成分不是二氧化硅C．玻璃是几种成分熔化在一起的晶体，有固定的熔点D．过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃答案D解析普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅,是一种混合物，没有固定的熔点。4．下列溶液中①碳酸钠溶液、②氢氟酸、③氢氧化钠溶液、④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是()A．①③B．②④C．②③D．①④答案A解析①③项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃裸露的SiO2反应，生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶,具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启;氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。5．下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是（)A．SiO2属于两性氧化物B．酸性：H2SiO3＞H2CO3C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示转化反应都是氧化还原反应答案C解析SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3＞H2SiO3;图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应。6．由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式(是离子反应的，写出离子方程式）.(1)用NaOH（aq）溶解石英：__________________________________________________________________________________________________________________________。（2)过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生:______________________________________________________________________________________________________________。（3）微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：_______________________。写出硅胶的一种用途：____________________________.答案(1）2OH－＋SiO2=SiOeq\o\al（2－，3）＋H2O（2)SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓（3)H2SiO3eq\o（=,\s\up7(△)）H2O＋SiO2干燥剂(或“催化剂载体"）解析(1）石英的主要成分是酸性氧化物SiO2,与碱反应生成盐和水：2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O。（2）过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na2SiO3(aq)，硅酸是弱酸,Na2SiO3与盐酸发生复分解反应:Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。(3)微热，H2SiO3(aq)浓缩，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶:H2SiO3eq\o(=,\s\up7（△）)H2O＋SiO2.硅胶的制备过程:石英(SiO2)eq\o(→,\s\up7（＋NaOH))Na2SiO3eq\o(→,\s\up7(＋HCl））H2SiO3eq\o(→，\s\up7(△)）硅胶。硅胶的主要用途有两种：作干燥剂、作催化剂的载体.[对点训练]题组一硅酸盐及其产品1．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(）选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅答案A解析刚玉的成分是Al2O3，金刚石的成分是C,A错误；大理石、石灰石的成分是CaCO3；普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融而得的硅酸盐，普通水泥是以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧,再加入适量石膏而得到的硅酸盐；石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩。2．在制玻璃、制水泥两种工业生产中都需要原料（）A．纯碱 B．石灰石C．石英 D．黏土答案B解析这是一道硅酸盐工业中理论联系实际的试题。解答本题时应熟悉生产玻璃、水泥产品的原料情况。制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英；制水泥的原料是石灰石、黏土等。相互对比后可知B项为正确答案.3．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.4．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·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgO·eq\f(1,2）SiO2C．钾云母(K2Al6Si6H4O24）表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．滑石(Mg3Si4H2O12）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eq\f（1,2）;C中正确的写法应为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O;D的写法完全符合要求。题组二SiO2的性质及用途5．素有“水晶之乡”美称的江苏省东海县盛产高纯水晶。现存于国家地质博物馆的水晶大王就出自东海县。水晶的主要成分是SiO2。下列关于SiO2的叙述中不正确的是（）①在固态和液态时，导电性能都很弱②能跟强碱反应,但不能与水反应③硅与碳原子的最外层上都是4个电子，故SiO2的物理性质与CO2类似④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物A．②③ B．③④C．②④ D．④答案B解析SiO2虽是酸性氧化物，但与CO2在物理性质上有较大的差异。6．下列说法中正确的是（)A．浓硫酸可刻蚀石英艺术品B．硅胶可作袋装食品的干燥剂C．SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应D．如右图，若①②③中分别盛有浓硝酸、Na2CO3、Na2SiO3溶液，则可得出结论：酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸答案B解析二氧化硅只与氢氟酸反应而不与浓H2SO4、浓盐酸反应，A、C两项错误；硅胶多孔、吸附水分能力强，可用作袋装食品的干燥剂，B项正确；由于浓HNO3易挥发，所以③中的白色沉淀可能是挥发出的HNO3与Na2SiO3溶液反应所致，不能得出相关的酸性强弱的结论,D项正确.7．将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液、②浓Na2SiO3溶液、③Ca（OH)2溶液、④饱和Na2CO3溶液,最终溶液中有白色沉淀析出的是(）A．①②③④ B．②④C．①②③ D．②③答案B解析CO2溶于水:CO2＋H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强.根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca（OH）2溶液至过量，Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2=Ca（HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中:Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3↓，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出，故选B.8．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．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2答案A解析将足量的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:H2SiO3eq\o（=,\s\up7（高温))H2O＋SiO2；2NaHCO3eq\o(=，\s\up7(高温)）Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温））Na2SiO3＋CO2↑.由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3。题组三硅的制备及用途9．晶体硅与金刚石的结构相似.常温下硅的化学性质稳定。下列关于硅的叙述正确的是(）A．硅元素在自然界中主要以单质的形式存在B．硅是一种重要的半导体材料C．Si即使在高温下也难与O2等反应D．Si与所有的酸都不反应答案B解析Si化学性质不活泼，但能与O2在高温下反应：Si＋O2eq\o（=,\s\up7（高温))SiO2，也可与HF反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；Si是一种亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。10．制备硅单质时，先从氧化物提取得到粗硅,再提纯为纯硅，主要化学反应如下：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7（高温))Si（粗)＋2CO②Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高温))SiCl4③SiCl4＋2H2eq\o(=，\s\up7(高温）)Si（纯）＋4HCl对上述三个反应的叙述正确的是（）A．反应①中C是还原剂，发生还原反应B．反应②既是化合反应，又是氧化还原反应，硅元素被还原C．若有2.8gSi反应或生成，三个反应转移的电子数均为0.4NAD．工业上在高温条件下分解水获得氢气应用于反应③答案C解析反应中有1molSi参加,则转移4mol电子。［综合强化]11．下表中括号内物质是杂质,试将除杂试剂及分离方法填入表内：混合物SiO2(CaCO3）CO2（SO2)NaHCO3(Na2SiO3)SiO2(NaCl）除杂试剂分离方法答案混合物SiO2（CaCO3)CO2（SO2)NaHCO3(Na2SiO3）SiO2(NaCl)除杂试剂盐酸饱和NaHCO3溶液通入足量CO2水分离方法过滤洗气过滤过滤解析SiO2（CaCO3)：可利用SiO2不溶于盐酸而CaCO3溶于盐酸除去;CO2(SO2)：可通入饱和NaHCO3溶液；NaHCO3（Na2SiO3）：通入足量CO2气体；SiO2（NaCl）：溶于水过滤.12．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SiOeq\o\al（2－，3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－，3)(或SiOeq\o\al(2－，3)＋2CO2＋2H2O=2HCOeq\o\al（－,3）＋H2SiO3↓）(4)HClH2CO3H2SiO3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Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑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Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判断酸性H2CO3〉H2SiO3，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。13．已知A是一种装饰品的主要成分,根据下图转化关系，回答下列问题：（1)A的用途____________（任写一种），B是________（填化学式，下同），D是________.（2)写出下列反应的化学方程式：①________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________。(3）写出下列反应的离子方程式：③________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________。答案（1）制光导纤维（答案合理即可)Na2SiO3H2SiO3(2)Na2CO3＋SiO2eq\o(=，\s\up7（高温)）Na2SiO3＋CO2H2SiO3eq\o（=，\s\up7(△））H2O＋SiO2(3）SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3）＋H2OSiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3解析由A是一种装饰品的主要成分，高温下能与纯碱反应知,A是SiO2.SiO2与纯碱在高温下反应生成Na2SiO3和CO2,Na2SiO3与CO2在水中可反应生成H2SiO3,而H2SiO3受热分解又可生成SiO2，所以A是SiO2，B是Na2SiO3，D是H2SiO3.14．硅在地壳中的含量较高.硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中应用广泛。回答下列问题:（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属".这种“金属”可能是___________________________________________________________________________________