高考化学一轮复习 专题三 第三单元 含硅物质及其应用课件 苏教版

1. 掌握硅和二氧化硅的主要性质。2．了解硅和二氧化硅的应用。3．了解常见的无机非金属材料及其应用。

第三单元含硅物质及信息材料1．硅的导电能力介于

和

之间，是重要的半导体材料，最早使用的是

，硅在地壳中的含量仅次于

，全部以化合态存在，主要存在形式为

和

。2．单质硅有

和

两种，晶体硅是

，有

光泽，硬而脆的固体，熔点很高，是良好的半导体材料。硅的化学性质不活泼，常温下能和

、

、

反应，反应的化学方程式分别为：

、

。 在加热条件下硅可以和氧气、氯等反应。导体绝缘体锗氧二氧化硅硅酸盐灰黑色晶体硅无定形硅金属F2氢氟酸强碱Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑3．工业上用SiO2为原料制取硅，反应方程式为

4．二氧化硅广泛存在于自然界中，是

、

的主要成分，纯净的二氧化硅晶体无色、熔点

，硬度

，

溶于水，也不溶于其它一般的溶剂，二氧化硅是

的酸酐，具有酸性氧化物的性质，能和HF反应：

，是制造

的原料。沙子石英很高很大不硅酸SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O光导纤维【想一想】为什么不用碱液在玻璃上进行雕刻，而用氢氟酸？答：玻璃中含有SiO2，SiO2和碱反应慢，且生成的盐具有粘性，所以选择氢氟酸。1．硅酸盐性质

、熔点

，大都

溶于水，硅酸盐常用氧化物的形式表示，例如：硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，钠长石(NaAlSi3O8)表示为

。2．生产玻璃的原料是

、

、

，在玻璃熔炉中发生的主要化学反应有

。 玻璃的主要成分是

、

和

，没有固定的熔沸点，是

。稳定很高难Na2O·Al2O3·6SiO2纯碱石灰石石英硅酸钠硅酸钙二氧化硅混合物3．生产水泥的主要原料是

和

，普通水泥的主要成分是

、

和

。水泥具有

，而陶瓷是以

等天然硅酸盐为主要原料烧制而成。4．新型无机非金属材料包括

、

、

。石灰石黏土硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙水硬性黏土高温结构陶瓷生物陶瓷压电陶瓷【议一议】

能否依据Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？答：不能。因为酸盐互化关系：强酸＋弱酸盐===强酸盐＋弱酸，仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且干态下进行，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因，因CO2为气体，及时离开反应体系，使化学反应得以向右进行。

【例1】(2009·重庆理综，26)工业上电解饱和食盐水能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制备多晶硅。 (1)右图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是________；NaOH溶液的出口为________(填字母)；精制饱和食盐水的进口为________(填字母)；干燥塔中应使用的液体是________。 (2)多晶硅主要采用SiHCl3还原工艺生产，其副产物SiCl4的综合利用受到广泛关注。①SiCl4可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同)，方法为高温下SiCl4与H2和O2反应，产物有两种，化学方程式为________________。②SiCl4可转化为SiHCl3而循环使用，一定条件下，在20L恒容密闭容器中的反应：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)达平衡后，H2和SiHCl3物质的量浓度分别为0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部来源于离子交换膜法的电解产生，理论上需消耗纯NaCl的质量为________kg。(3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠213.0kg，则生成氢气________m3(标准状况)。解析：(1)电解饱和食盐水的电极反应分别为：阴极：2H＋＋2e－→H2↑；阳极：2Cl－－2e－→Cl2↑。所以阳极产物为氯气，H＋在阴极放电，水中的c(OH－)增大，即NaOH在阴极(a处)产生。电解饱和食盐水所用的阳离子交换膜只允许阳离子(Na＋)通过，阻止阴离子和气体通过，电解过程中，Cl－在阳极大量消耗，因此应在阳极区(d)处补充NaCl。干燥塔干燥的气体为Cl2，应用浓H2SO4干燥。(2)①光导纤维为SiO2，产物为两种，另一种物质只能为HCl。②n(H2)＝ ×20＝3mol，由2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2×58.5 2m(NaCl) 6gm(NaCl)＝351g≈0.35kg。(3)由题意，可写出反应的化学方程式为：NaCl＋3H2ONaClO3＋3H2↑ 106.56 213kgm(H2)m(H2)＝12kg，n(H2)＝6000mol，V(H2)＝134.4m3。答案：(1)氯气a

d浓硫酸(2)①SiCl4＋2H2＋O2SiO2＋4HCl

②0.35

(3)134.4一、硅及其化合物的特性1．Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。2．非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱液作用放出H2： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用： Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。4．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。5．无机酸一般易溶于水，但H2SiO3和H4SiO4均难溶于水。6．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生，原因是：在高温下反应，生成的CO2是气体，生成后离开反应体系使反应向右进行到底。7．非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。8．SiO2是H2SiO3的酸酐，但不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。9．非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的却很高。10．Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同；Na2SiO3的水溶液也称泡花碱，但它却是盐溶液并不是碱溶液。二、CO2和SiO2的比较二氧化碳二氧化硅存在空气中岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土中都含SiO2物理性质熔、沸点低，常温时是气体，微溶于水坚硬难熔的固体，不溶于水化学性质与碳CO2＋C2COSiO2＋2CSi＋2CO↑SiO2＋3CSiC＋2CO↑与水CO2＋H2OH2CO3不反应与酸不反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O与NaOH溶液CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与CaOCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOCaSiO3用途饮料、制碱光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、电子部件1．将2.8g硅粉与2.3g钠同时放入足量水中，采用恰当的方法收集反应过程中产生的气体(全部收集)，这些气体在标准状况下的体积为() A．1.12L B．4.48L C．5.6L D．3.36L 解析：本题重点考查钠与水、硅与碱溶液反应的有关计算。 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

2×23g 2mol22.4L 2.3g0.1mol1.12L Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 28g2mol2×22.4L 1．4g0.1mol2.24L 反应后硅有剩余，V(H2)＝1.12L＋2.24L＝3.36L。 答案：D2．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于 制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素 B的原子结构示意图为

，A与B在原子的电子层结构上的相同点 是________________________。 (2)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是_______________。(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。①写出生成D的及D和E反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________________。②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是()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)100gC与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2L,100g混合物中石灰石的质量分数是________。解析：(1)A元素单质可做半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，比硅相对原子质量小的同族元素为碳。(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3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Na2CO3。(4)若SiO2恰好或过量，与CaCO3反应方程式只有一个，即CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应：CaCO3CaO＋CO2↑。总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系式求解：CaCO3～CO2m(CaCO3)＝50g。混合物中CaCO3的质量分数：×100%＝50%。答案：(1)ⅣA最外层均有4个电子，最内层均有2个电子(2)氢氟酸

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓

②ABC(4)50%【例2】(2009·四川理综，6)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是() A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料 C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料 D．单晶硅常用于制造光导纤维

解析：B项，C60属于分子晶体；C项，纤维素乙酸酯不是天然高分子材料；D项，二氧化硅常用于制造光导纤维。答案：A硅酸盐的表示方法硅酸盐的种类很多，结构复杂，其组成的表示方法有两种：1．盐化学式法 如：硅酸钠Na2SiO3，硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。2．氧化物法

如：黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉：CaO·2MgO·4SiO2 云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O滑石：3MgO·4SiO2·H2O钾长石：K2O·Al2O3·6SiO2氧化物的顺序：活泼金属氧化物

较活泼金属氧化物

二氧化硅

水氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。注意：氧化物之间以“·”隔开；系数配置出现分数应化为整数。3．从下面所给的四个词中选出一个与陶瓷、玻璃、水泥同类的是() A．光导纤维B．有机玻璃C．人造纤维D．砖瓦 解析：从题干所给的信息：陶瓷属于硅酸盐，也属于传统无机非金属材料，玻璃和水泥属于硅酸盐，很明显，另一物质，必须属于硅酸盐才能使其归纳在一起，由此不难得出选项D是正确的，A的主要成分SiO2，不属于硅酸盐，有机玻璃和人造纤维都属于有机物，不符合题意，砖瓦是陶瓷器中的土器，属于硅酸盐。 答案：D4．北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉壁由昆仑玉制成，昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为() A．CaO·MgO·SiO2·H2O B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O 解析：根据硅酸盐改写成氧化物的要求和元素守恒，昆仑玉的氧化物形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。 答案：B5．下列各单质和化合物之间有以下转化关系，而且各单质和化合物组成的元素皆为短周期元素。根据上述关系判断：(1)单质A只可能是__________。(2)单质B是金属还是非金属？________。(3)写出各化合物的化学式：甲_______、乙_______、丙_______、丁_______。解析：本题是元素及化合物的推断题，解题的突破口是短周期元素的单质A与NaOH溶液反应生成氢气，此元素可能是Al或Si，而产生的化合物乙与过量盐酸溶液反应，生成的化合物丁能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出A单质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过A的另一种产物是氢气，而化合物甲的另一种产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2，其他的各种化合物也就能推出来了。答案：(1)硅(2)非金属(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4【例题】(2010·改编题)下列关于碳族元素的叙述中错误的是() A.与其他元素化合时易形成共价化合物，也能形成离子化合物 B．碳族元素形成化合物时的最高价均为＋4价 C．碳的氧化物(CO2)和硅的氧化物(SiO2)都是酸性氧化物，均不能与酸反应 D．碳族元素是形成化合物最多的一族元素审题视点：以元素周期律(表)的知识为指导，相似性和递变性为思维切入点，同时还要注意到特殊性。思路点拨：正确答案：C

错因分析对于肯定结论要采用举反例的方法，如C项所述“均不能与酸反应”，举出SiO