新高考化学二轮复习 含硅矿物与信息材料 学案

第二单元含硅矿物与信息材料

111

1了.解硅在自然界的存在形式,考点一碳、硅1•宏观辨识与微观探析：从晶体结构、物质类型、化合

2掌.握碳、硅及其化合物（SiO2和NazSiCh为及其氧化物的价等方面多角度、多层次地分析、认知碳、续元素的单

例）的重要性质和工业制备高纯硅的方法件质及应用质及其重要化合物

----------

3.r解三大硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻考点二硅酸、2.科学态度与社会责任：以无机非金属材料为载体赞赏

璃及碎、二氧化硅在信息技术、材料科学硅酸盐和无机化学对社会发展的重大贡献；r解二氧化碳对环境的影

等领域中的应用:非金帆材料响.树s低碳绿色可持续发展意识,

考点一碳、硅及其氧化物的性质及应用

必备知识排查

【梳理自查】

一、碳、硅的性质

1.碳、硅的结构及存在:

元素碳硅

原子结构示意图©})}

金刚石:空间网状结构晶体硅:与金刚石类似的空间网状

单质的结构

石墨:层状结构结构

元素在自然界中

既有游离态又有化合态只有化合态

的存在形式

2.碳、硅的物理性质和用途:

物质石墨金刚石晶体硅

黑色鳞片有金属光泽的

外观无色晶体

状固体灰黑色固体

自然界中

硬度很小硬度大

硬度最大

导电性导体不能导电半导体

用作电极、制作制作信息技术材料,是半导体晶体管、硅芯片

用途

铅笔芯首饰等及太阳能电池等的主要成分

3.碳和硅的化学性质——还原性:

CuH2SiF4

写出①〜⑥的化学方程式：

CD2C+O2—2C0;(2X；02+C—2C0;

③CuO+C々u+COt;

④C+H2O(g)/0+庆(制水煤气);

⑤Si+4HF-SiF"+2H2t;

⑥Si+2NaOH+H2。-NazSi()3+2H21。

4.硅的工业制法及提纯：

_____①焦巴____②氯&_____③氢&______

石英砂|高温1粗硅|加热［siCl］高温［高纯硅

涉及的化学方程式：

①SiOz+2声Si+2cot;

②Si+2ckAiCL;

③SiCL+2H22si+4HCL

二、碳、硅的氧化物

1.性质迥异的两种氧化物—CO?与Si02:

物质二氧化硅二氧化碳

与水反应不反应C02+H20H2C03

只与氢氟酸反

与酸反应应：Si()2+4HF====不反应

SiE,t+2H20

与碱COZ少量：

Si02+2Na0H====Na2Si03+H20(盛

(NaOH)溶液反CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O

碱液的试剂瓶用橡胶塞)

应C02足量:C02+Na0H====NaHC03

如与Ca(CIO)2反

如与Na2c反

与盐反应应:Ca(CIO)2+CO2+H2O====CaCO3

应:SiOz+Na2cONa2si03+C02t

1+2HC10

与碱性氧化物如与CaO反如与Na20反应:C02+Na20—

反应应：SiOz+CaO.CaSiO：,Na2co3

2.硅及其氧化物的特性:

物质一般规律特性

SiO2+2C

硅的还原性比碳强

Si+2C0t

非金属单质与强碱反应一般不生成

Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2f

Si氢气

非金属单质一般不与非氧化性酸反

Si+4HF====SiE.f+2H2t

应

一般非金属单质为绝缘体硅为半导体

酸性氧化物一般与水反应生成相应

Si02Si。?不溶于水,不与水反应

的酸

酸性氧化物一般不与酸发生复分解

SiO2+4HF====SiF41+2H.0

反应

“较强酸制较弱酸”是复分解反应

的一般规律,碳酸酸性大于硅酸Na2cOs+SiOzNazSiCVCO2t

Na2SiO3+CO2+H2O====H2Si03I+Na2C03

【易错辨析】

判断正误（正确的打“J”，错误的打“X”）

（1）CO2通入CaC12或Back溶液有白色沉淀生成。（）

提示：X。CO2通入CaCk或BaCk溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐

酸。

（2）可以将氢氟酸放在玻璃试剂瓶存放。（）

提示：X。因为氢氟酸与玻璃中的Si。?反应生成气体SiF”，强烈腐蚀玻璃，氢氟酸

应保存在塑料瓶或铅皿中。

⑶硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应。（）

提示：X。Si与。2反应。

（4）单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。（）

提示：Vo硅是良好的半导体。

⑸石英砂可用于生产单晶硅。（）

提示：Vo石英砂的成分为Si（L,可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶硅。

关键能力提升F

【要点归纳】

制备高纯硅涉及的知识

(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅:

Si0z+2C箜Si(粗)+2C0t

⑵粗硅与干燥HC1气体反应制得SiHCL：

Si(粗)+3HC1—SiHCl3+H2

(3)粗硅与干燥CL反应制得SiCL：

Si(粗)+2CL—SiCL

(4)SiHCh与过量乩在高温下反应制得纯硅：

SiHCl3+H2—Si(^)+3HC1

(5)SiCL与过量乩在高温下反应制得纯硅：

SiCl4+2H2—Si+4HC1

(6)高温下用金属镁还原二氧化硅制得粗硅：

SiO2+2Mg-2MgO+Si

(7)SiHCL>SiCL能与水发生反应:

SiHCl3+3H20-H2SiO3；+3HC1+H2t

SiCl4+3H20-H2SiO31+4HC1

(8)Si乩在空气中易自燃：

SiH4+2O2-Si02+2H20

【典例研析】

【典例】二氯二氢硅(SiH£h)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与

水接触易水解，沸点为8.2℃o在铜催化作用下,HC1与硅在250〜260℃反应可

以制得SiH2c12。

（1）利用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HC1,利用了浓硫酸的—

性。

（2）D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为

（3）按照气体从左到右的方向，制取SiH2CL的装置（h处用止水夹夹好）连接顺序

为a-（）一（）一（）一（）一（）一（）一（）（填

仪器接口的字母,其中装置C用到2次）。

（4）按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为,后面装置C

的作用为o

（5）反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成乩和、

等。

（6）新的制取SiH2ck的方法是往硅粉中先通入CL在300〜350℃反应生成SiCL,

然后再与HC1在250〜260℃反应,可以大大提高产率。如果通入气体顺序相反，

结果会_____________________________（用化学方程式表示）。

【解析】（1）浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HC1。（2）利用原子守恒法配

平。（3）A装置制取HC1,连接C装置干燥,从f进入D中反应，SiH2ck从g处挥发，

在B装置中收集，SiH2c卜的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水

进入B中，则应在B后接干燥管。（4）前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应

选用P2O5或无水CaCb,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B

中，应选碱石灰。（6）如果通入气体顺序相反，SiH2ck会与Ck继续反应，生成

SiCL、SiHCLo

250~260P

答案：（1）吸水⑵Si+2HCI♦SiH2c）

（3）defgbcd

（4）P2（）5或无水CaCIz尾气处理和防止空气中的水进入B中

（5）SiCI4SiHCI3

⑹SiH2cl2+2Cl22siCl4+2HCI（或SiH2CI2+CI2-SiHCI3+HCI）

【新题快递】

1.下列说法不正确的是（）

2可用来制造光导纤维

3不溶于水,可用作医疗上检查肠胃的银餐

【解析】选D。高压钠灯发出的光射程远、透雾能力强，所以高压钠灯可用于道

路照明，A正确；二氧化硅传导光的能力非常强，用来制造光导纤维,B正确；黄铜

矿高温燃烧生成粗铜、氧化铁和二氧化硫,C正确；碳酸领不溶于水，但溶于酸，

碳酸锁在胃酸中溶解生成的领离子为重金属离子，有毒，不能用作领餐,领餐用

硫酸领，D错误。

2.（2021•大庆市模拟）硅及其化合物的应用范围很广。下列说法错误的是

2反应,可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记

2硬度大,故可用于制造光导纤维

【解析】选D。A.太阳能电池的主要原料是硅单质，能将太阳能转换为电能,A正

确；B.工业上用碳还原二氧化硅制备单晶硅,B正确；C.氢氟酸能和二氧化硅反应

生成四氟化硅和水，所以可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，故C正确；D.二氧化

硅具有良好的光学性质因此用于制造光导纤维,D错误。

3.诺贝尔物理学奖曾授予“光纤之父”英国华裔科学家高银以及两位美国科学

家威拉德•博伊尔和乔治・史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅,下列关于

二氧化硅的说法正确的是（）

A.二氧化硅是酸性氧化物,因此能与水反应生成硅酸

B.用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24L气体（标准状况）时，得到2.8g硅

C.6g二氧化硅中含有0.2mol共价键

D.二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应

【解析】选D。A项，Si。?不与水反应；B项，SiOz+2C蚂Si+2cot,可知当生成标准

状况下2.24L气体时,得到1.485壬（；项，68$102为0.1mol,含有0.4molSi—0

键；D项正确。

4.单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备,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。

【解析】Z为半导体单质，则Z是Si;其氧化物为二氧化硅，即X为SiO„可与氢

氟酸反应，根据反应的流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si,Mg2Si与盐酸

H*

••

反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH其电子式为“：SiH,加热分解

b••

H•

可得到Si单质。

答案：(1)氢氟酸Si02+4Mg-2MgO+Mg2Si

H•

••

(2)MgSi+4HCl-2MgCl+SiH.,H\SiH

22••

H•

5.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1〜18号元素。

_L单

质

A

一

根据上述关系判断：

(1)单质A是(填名称)。

⑵各化合物的化学式：

甲,乙,丙,T—

⑶单质A和NaOH溶液反应的离子方程式为一

_O

(4)化合物乙与过量盐酸反应的离子方程式为

O

【解题指南】解答本题需注意以下两点：

(1)注意突破口：单质A能与NaOH溶液反应生成乩,A形成化合物甲也能与NaOH

反应且生成2种化合物,可推知A为A1或Si。

(2)乙与过量盐酸反应生成丁,丁分解生成甲和丙,则乙只能是Na2Si03o

【解析】解题的突破口是1〜18号元素的单质A与NaOH溶液反应生成氢气C,

此元素可能是A1或Si,而产生的化合物乙与过量盐酸反应生成的化合物丁能失

去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出A单质只能是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(NazSiOs),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为甲为SW,乙为Na2SiO3,丙为乩0,丁为H2Si0so

答案：(1)硅(2)SiO2Na2SiO3H20H2SiO3

2

(3)Si+20H+H20—SiOf+2H2T

2

(4)SiOf+2H—H2SiO3X

考点二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料(考试要求:a、b;考查频率:6年10卷

4考)学生用书P50

必备知识排要产

【梳理自查】

一、硅酸、硅酸盐

1.硅酸的性质、制备与应用:

空容于水

酸性比碳酸固：

Na:SiO3+CO2+H2O=网04+。2cO3

HaSiQ^SiOz+HiO

可溶性硅酸盐(如NazSQ)与盐酸等反应

制得(化学方程式)

NazSiOs+ZHClHHzSiOX阿秒②叱?!

胶体可用作催化剂的载体和袋装食品、

瓶装药品等的干燥剂

2.硅酸盐：

⑴概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。

⑵表示方法:硅酸盐矿物的成分复杂，常用氧化物的形式表示它们的组成,如硅

酸钠(Na2SiO3)写成Na?。・SiCk钾云母(KH2Al3Si3Ol2)写成

氏0・3Al2O3・6SiO2・2H2O。

⑶硅酸钠(NazSiO)——又称泡花碱。

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与较强的酸反应生成硅酸:如NazSiO,溶液与稀硫酸反

应:NazSiCVH2sO,一睦论I+Na2s0屋与CO2水溶液反

应:NazSiOs+COz+lW――论J+Na2c。3。

③用途:黏合剂、耐火阻燃材料。

二、传统无机非金属材料

玻璃水泥陶瓷

主要

纯碱、石灰石、石英石灰石、黏土黏土

原料

设备玻璃熔炉水泥回转窑陶瓷窑

生产过程中SiOz+Na2cOsNazSiCVCO2t复杂的物理、化学变复杂的物理、化

的主要变化化学变化

,CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO21

3CaO,Si02>

Na2SiO3,

主要成分2CaO•Si。?、

CaSiO3,SiO2

CaO,AL0:i

三、新型无机非金属材料

材料类别主要特性示例用途

汽轮机叶片、轴承、永

高温结构陶瓷能承受高温,强度高氮化硅陶瓷

久性模具等

半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体

光缆通讯、医疗、照明

光学材料具有光学特性光导纤维

等

人造骨骼、人造关节、

生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷

接骨螺钉

【易错辨析】

判断正误（正确的打“J”，错误的打“X”）

（1）硅胶多孔,吸水能力强,常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂。（）

提示：义。硅胶只能作干燥剂，不能作抗氧化剂。

（2）用SiCh制取硅酸，将SiOz溶解在水中一段时间后可得到硅酸。（）

提示：X。Si。?不溶于水也不和水反应。

（3）硅胶是硅酸钠的水溶液失去水后形成的凝胶。（）

提示：Xo硅胶是硅酸钠的水溶液与酸反应生成的。

（4）光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料。（

提示：Vo

(5)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品。()

提示：X。石英玻璃、玛瑙的主要成分为SiOz,不是硅酸盐产品。

(6)水玻璃是一种特殊的玻璃。()

提示：X。水玻璃是硅酸钠的水溶液，不是玻璃O

关键能力提及J

【要点归纳】

1.硅及其化合物的转化关系:

H♦或

CO，+H，O

Na2SiO3H2SiO3

NaOH

Ca2SiO3

2.硅酸盐改成氧化物形式的方法：

(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物一较活泼金属氧化物一二氧化硅一水,

不同氧化物之间以“・”隔开。

(2)各元素的化合价保持不变,且满足化合价代数和为零,各元素原子个数比符

合原来的组成。

(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如钾长石:KAlSisO'不能写成

11

-K20・-Al203•3SiO2,应写成K20・Al203•6Si02o

【典例研析】

【典例】CasSiO,是硅酸盐水泥的重要成分之一,其相关性质的说法不正确的是

()

A.可发生反应：Ca：,SiO5+4NHC12CaSiO3+2CaC12+4NH3t+2H,0

2反应生成新盐

【命题意图】本题主要考查硅酸盐的性质与应用。

【解析】选D。将CaSiOs改写为氧化物形式后的化学式为3CaO•SiO2,性质也可

与NazSiCh相比较。Ca3SiO5-^NH4cl反应的方程式为

Ca3Si05+4NH,C1^CaSi03+2CaC12+4NH3f+2H20,A正确；CaO能与水反应，所以需要

密封保存,B正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入CasSiOs溶液时，发生

反应：3SO2+H2O+Ca3SiO5——3CaSO3+H2SiC)3,C正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与

Ca：RiO5反应时，发生反应：6HCl+CaS05^—=3CaCl2+H2SiO3+2H2O,D

【新题快递】

命题角度1.硅酸、硅酸盐的性质和应用

1.下列说法正确的是()

a氧化物盟酸或碱NaOH或HC1盐,硅单质可以按上述关系进行转化

B.若a、b、c分别为Si、SiO2>HzSiOs则可以通过一步反应实现如图所示的转

化关系

D.青花瓷胎体的原料为高岭土［AbSizOKOH)］若以氧化物形式可表示为

Al203•Si02•H20

【解析】选C。A项，Si与&反应生成SiOz,SiO?不与此0反应，“氧化物雪酸或

碱”不能实现，错误;B项，bfgcfa均不能通过一步反应实现,错误;C项，二氧

化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应生成盐和水，正确；D项,

硅酸盐可以用盐的形式或氧化物的形式表示，[AbSizOs(OH)/可表示为

Al203•2SiO2•2H2。,错误。

2.A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的

转化关系,该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(NazROs)和氢气。

请回答下列问题：

(1)写出各物质的化学式:A;B;

C;D;Eo