苏教版高中化学必修一第8讲：含硅矿物与信息材料(教师版)

含硅矿物与信息材料____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．了解硅酸、盐及其硅酸盐产品。2．了解SiO2、Si的性质和信息材料应用知识点一．硅酸盐矿物与硅酸盐产品1．硅酸盐(1)表示方法——氧化物法俗名锆石红柱石钙铝石榴子石镁橄榄石氧化物表示法ZrO2·SiO2Al2O3·SiO23CaO·Al2O3·3SiO22MgO·SiO2(2)硅酸钠Ⅰ物理性质：可溶于水，其水溶液称“水玻璃”。Ⅱ化学性质：①与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3＋2NaCl。②与H2CO3反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3＋Na2CO3。Ⅲ用途：Na2SiO3溶液在建筑行业常用做黏合剂，经Na2SiO3溶液浸泡过的产品既耐腐蚀又不易着火。2．硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土、石膏纯碱、石灰石、石英黏土生产过程及主要反应原料eq\o(――→,\s\up7(粉碎),\s\do5())生料eq\o(――→,\s\up7(煅烧),\s\do5())熟料eq\o(――→,\s\up7(石膏粉),\s\do5(磨细))成品Na2CO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑混合→成型→干燥→烧结→冷却主要成分及种类3CaO·SiO2(硅酸三钙)、2CaO·SiO2(硅酸二钙)、3CaO·Al2O3(铝酸三钙)普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3、SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、有色玻璃土器、陶瓷、瓷器主要性能水硬性、不可逆过程玻璃态物质，没有固定的熔沸点，可在一定范围内软化抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘典型设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑共同特点高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐知识点二．二氧化硅和信息材料1．二氧化硅(SiO2)(1)存在：沙子、石英、水晶、硅藻土中。(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))CaSiO3②特性：与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4＋2H2O与碳反应：2C＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(4)用途：制取单质硅、制作光学镜片、石英坩埚和光导纤维、生产玻璃，用作建筑材料、耐磨材料等。2．信息材料的主角——硅(1)物理性质：熔、沸点都很高，硬度大，导电性介于导体和绝缘体之间的一种半导体材料。(2)化学性质：①常温下，性质稳定，与O2、Cl2、HNO3、H2SO4都很难发生反应。(3)工业制法：SiO2eq\o(――→,\s\up7(C),\s\do5(高温))Si(粗)eq\o(――→,\s\up7(Cl2),\s\do5(高温))SiCl4eq\o(――→,\s\up7(H2),\s\do5(高温))Si(纯)反应的化学方程式依次为：SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO，Si＋2Cl2eq\o(=====,\s\up7(高温))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl。(4)用途：硅用作半导体材料，制造集成电路。知识点三．硅及其化合物的性质1．二氧化硅和二氧化碳的比较二氧化碳二氧化硅物理性质熔、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＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温))2COSiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO与水CO2＋H2O===H2CO3不反应与酸不反应除氢氟酸外不反应与NaOH溶液CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与CaOCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOeq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3用途饮料、制碱光导纤维、化学仪器、光学仪器、电子部件(1)SiO2不是两性氧化物，但可以与酸碱反应。(2)H2SiO3是难溶于水的酸。(3)SiO2与CO2的结构不同，物理性质不同。2．H2CO3和H2SiO3比较(1)酸性H2CO3＞H2SiO3(2)溶解性：H2CO3溶于水，H2SiO3不溶于水(3)稳定性：H2CO3＜H2SiO3H2CO3eq\o(=====,\s\up15(△))H2O＋CO2↑H2SiO3eq\o(=====,\s\up15(△))H2O＋SiO23．硅及其化合物的主要性质和转化关系4．硅及其化合物的“反常”性质(1)碳、硅是同主族的两种非金属元素，碳位于硅的上一周期，二者应具有类似的性质，但硅及其化合物有许多“反常”的性质，与碳及其化合物有较大的差别。(2)碳元素的主要化合价是“＋2”、“＋4”价，而硅通常表现为“＋4”价。(3)非金属单质一般为非导体，但硅却为半导体。(4)在通常情况下，硅的化学性质不活泼，但在自然界里却没有单质硅存在。(5)酸性氧化物一般不与酸反应，但二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，雕花玻璃就是利于该反应原理在玻璃上进行蚀刻制得的。(6)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，但硅与强碱溶液反应却生成氢气。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(7)SiO2不溶于水，但其是硅酸的酸酐，因此硅酸不能用SiO2直接与水反应制得，只能采用可溶性硅酸盐与酸作用生成，如Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。(8)CO2通常状况下是气体，SiO2却是立体网状结构的固体，因此二者的物理性质相差很大。(9)HCl、H2CO3等无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。(10)在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，因此二氧化碳能与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀：CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，但在高温下碳酸钠与二氧化硅却能反应生成硅酸钠和二氧化碳，SiO2＋Na2CO3eq\o(=====,\s\up15(高温))Na2SiO3＋CO2↑，其原因是在高温条件下生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。(11)硅酸钠的水溶液俗称“泡花碱”或“水玻璃”，但它与玻璃的成分不同，其本身是盐溶液，不是碱溶液。类型一．二氧化硅和二氧化碳的比较例1．下列说法或方程式正确的是A．碳和硅都是非金属元素，原子结构相似，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似B．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅属于两性氧化物C．二氧化碳和二氧化硅均属于酸性氧化物，均与H2O反应生成相应的酸D．向Na2SiO3溶液中通入CO2发生的离子方程式为SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)解析：A项，SiO2和CO2的结构不同，物理性质差别很大，B项，SiO2只能与氢氟酸反应，与其他酸不反应且反应生成的不是盐和水，不属于两性氧化物；C项，SiO2与H2O不反应；D项，H2CO3酸性比H2SiO3强，根据强酸可以制弱酸原理，D正确。答案：D例2．下列说法不正确的是A．SiO2是酸性氧化物，它不与任何酸反应B．CO2和SiO2均与碱反应生成盐和水C．硅的化学性质不活泼，常温下与氧气、氯气、浓硫酸、硝酸等强氧化剂均不反应D．SiO2和CO2在物理性质上有很大差别解析：SiO2可与氢氟酸反应。答案：A类型二．硅及其化合物的主要性质例1．根据右图所示A、B、D、E的变化关系，其中A、B在信息技术上应用广泛。回答下列问题：(1)写出A、D的名称：A________，D________。(2)写出B→A的化学方程式：_________________。(3)写出下列反应的离子方程式：A→E：________________________；B→E：______________________。解析：根据A、B在信息技术上应用广泛，再由图示分析，A与O2反应生成B，而B与碳在高温下反应生成A，可推知A是单质，B是氧化物。而A、B均能与NaOH溶液反应，结合A、B的用途，应确认A是硅，B是二氧化硅，则E是硅酸钠，D是硅酸。答案：(1)硅硅酸(2)SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up15(高温))Si＋2CO↑(3)Si＋2OH－＋H2O===SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑SiO2＋2OH－===SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O例2．下列变化不可能通过一步反应实现的是A．Si→SiF4B．Si→SiO2C．SiO2→H2SiO3D．CuSO4→CuCl2解析：SiO2与H2O不反应，不能直接转化为H2SiO3。答案：C基础演练一．选择题1．关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是A．它是一种矿物胶，既不能燃烧，也不受腐蚀B．可作建筑工业上的黏合剂、耐酸水泥掺料C．木材、纺织物浸过水玻璃后，具有防腐性能且防火D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质2．下列说法中不正确的是A．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅B．水泥、普通玻璃都是混合物C．生产水泥和玻璃都必须用石灰石D．用纯净的石英制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器3．下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是A．＋4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应B．单质在加热时都能与氧气反应C．氧化物都能溶于水生成相应的酸D．最外层电子数均为44．(2015•北京市朝阳区高一期末)下列物质的用途叙述不正确的是A．硅是制造光导纤维的材料B．硅是制造太阳能电池的常用材料C．二氧化硅是制取粗硅的原料D．水玻璃可用作木材防火剂5．下列有关物质的用途(括号中为用途)错误的是A．硅(半导体材料)B．二氧化硅(制电线)C．水玻璃(用作黏合剂)D．MgO(用作耐火材料)6．下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是A.SiO2→SiB.CO2→CC.SiO2→H2SiO3D.Al2O3→NaAlO27．反应SiO2+3CSiC+2CO↑中的氧化剂与还原剂的物质的量之比为A.1∶3B.3∶1C.1∶2D.2∶18．(双选题)将过量的CO2通入下列溶液中，出现浑浊的是A．CaCl2溶液B．石灰水C．饱和Na2CO3溶液D．水玻璃9．下列物质中，不含有硅酸盐的是A．水玻璃B．硅芯片C．黏土D．普通水泥二．填空题10．(2015·扬州高一期末)几种含硅的物质之间相互转化关系如下图所示：(1)试判断并写出下列物质的化学式：A________，B________，C__________，D_______，E________。(2)写出下列反应的化学方程式：①B→A_____________________________；②B→D___________________________。(3)写出下列反应的离子方程式：①C→D______________________________；②C→E_________________________________。巩固提高一．选择题1．下列说法中正确的是A．普通玻璃呈浅绿色是由于含Fe3＋B．坩埚、烧杯都属于陶瓷制品C．“唐三彩”是一种玻璃制品D．高温下CaSiO3比CaCO3稳定2．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D．CO2是气体，而SiO2是固体3．下列有关SiO2的叙述正确的是A．SiO2不与任何酸反应B．玻璃中含有SiO2，所以不能用玻璃瓶盛装稀氢氧化钠溶液C．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应D．SiO2能与水反应生成硅酸4．假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B．自然界中存在大量单质硅C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制D．自然界硅的贮量丰富5．(双选题)下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是A．CO2、SiO2对应的酸分别是碳酸和硅酸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都可由相应的酸分解得到6．光纤通信是20世纪70年代后期发展起来的一种新型通信技术，目前长距离光纤通信系统已投入使用，光纤通信的光学纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成的A.碳B.石英C.锗D.硅7．氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO,下列说法正确的是A．在氮化硅的合成反应中,N2是还原剂,SiO2是氧化剂B．上述反应中每生成1molSi3N4,N2得到12mol电子C．该反应属于四个基本反应类型之一D．该反应无有毒气体产生,不需要尾气处理装置二．填空题8．A、B、C、D四种物质均含有硅元素,各物质之间的相互转化关系如下图所示：已知：C是A与烧碱溶液反应的产物。据此，回答下列问题：(1)试写出各物质的化学式：A，B，C，D。(2)写出AB的化学方程式：。(3)分别写出AC，CD的离子方程式：、。9．(1)用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足以显示化学对现代物质文明发展中所起到的重要作用。例如：①光导纤维的主要成分是______________________________；②目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是________；③计算机芯片的主要成分是________。④用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为________的化合物。(2)写出工业上制备该元素的单质及提纯的有关化学方程式：①________________________________________________________________________，②________________________________________________________________________，③________________________________________________________________________。10．黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。请回答下列问题：(1)黏土的主要成分的化学式为Al2Si2Ox(OH)4，其中x的值是________，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为______________________________________________。(2)在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有________，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是_____________________________(用化学方程式表示)。一．选择题1．下列说法正确的是A．制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱B．普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点C．普通玻璃俗称水玻璃D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅2．(双选题)下列关于二氧化硅的叙述中，正确的是A．二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸B．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应C．二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠，产生CO2，说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸制较弱的酸D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别3．下列关于硅的说法不正确的是A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B．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C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应4．在玻璃工业、水泥工业中都用到的原料是A．纯碱B．石英C．石灰石D．黏土5．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·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O6．下列描述的性质与二氧化硅无关的是A．装碱液的试剂瓶不能用玻璃塞B．用氢氟酸刻蚀玻璃制成赏心悦目的雕花玻璃C．用水晶和玛瑙制成一些美丽耐用的装饰品D．水玻璃用作木材防火剂7．(双选题)双选题在一定条件下，既能跟二氧化碳反应，又能跟二氧化硅反应的是A．稀盐酸例B．浓硫酸C．NaOH溶液D．木炭8．下列试剂可用带磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶保存的是A．氢氟酸B．硫酸C．碳酸钠溶液D．氢氧化钠溶液二．填空题9．(1)(2015·上海高考，节选)胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。①三硅酸镁的氧化物形式为________。②Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是________。a．Al2O3、MgO和SiO2都不溶于水b．Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体c．Al2O3、MgO和SiO2都是氧化物d．Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点(2)判断下列说法正确的是________。A．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应B．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料C．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂D．晶体硅常用于制造光导纤维10．(2015·江苏高考)化合物A、D、F是中学化学中最常见的物质，化合物B、C、E中含有两种相同的元素，这些化合物之间存在如下关系。其中A和B的反应是制造玻璃的主要反应。据此推断：(1)在A、C、F中含有的相同元素是____________。(2)化合物C的化学式为______________________________________。(3)A和B反应的化学方程式为__________________________________________，该反应是在________中进行的(填设备名称)。(4)C的水溶液和D________(填“能”或“不能”)发生反应。其理由是________________________。若能够反应，则该反应的离子方程式为______________________________________________(若不能，则此空不填)。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________一．选择题1．北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉璧由昆仑玉制成，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·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O2．(双选题)下列物质的贮存方法，正确的是A．硅酸钠溶液和碱性溶液存放在胶塞密封的试剂瓶中B．氢氟酸盛放在棕色试剂瓶中C．液溴盛放在带有胶塞的细口瓶中D．氯水盛放在棕色细口瓶中3．下列不是水玻璃用途的是A．肥皂填料B．木材防火剂C．纸板黏胶剂D．建筑装饰材料4．光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一,它使信息科学迅猛发展。光导纤维的主要成分是A．CaCO3B．SiO2C．Na2SiO3D．CaSiO35．根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是①生成物是硅酸盐②反应条件是高温③含有硅的物质作原料④反应原理是一系列复杂的物理化学变化A．①③B．①②③C．①③④D．①②③④6．下列说法错误的是A．向水玻璃中滴加盐酸的反应：SiO32－＋2H＋===H2SiO3↓B．向水玻璃中通入CO2：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3C．长石(KAlSi3O8)用氧化物表示其组成：K2O·Al2O3·3SiO2D．水玻璃可用做木材防火剂二．填空题7．某种玻璃中含有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，且三者的物质的量之比为1∶1∶4。用氧化物的形式表示这种玻璃的组成应为__________________。8．在制玻璃的原料中，再加入下列物质，可制得各种不同用途的玻璃。A．氧化亚铜(Cu2O)B．氧化钴(Co2O3)C．氧化铅(PbO)D．硼砂(Na2B4O7·10H2O)(1)制造化学仪器的玻璃需加入的物质是________；(2)制造光学仪器的玻璃需加入的物质是________；(3)制造蓝色玻璃需加入的物质是________；(4)制造红色玻璃需加入的物质是________。9．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的装置，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________>________>________。本讲参考答案基础演练一．选择题1．D2．A3．C