高中化学三维设计江苏专版必修一讲义：专题3第三单元含硅矿物与信息材料含答案

第三单元 含硅矿物与信息材料——————————————————————————————————————[课标要求]1．了解硅在自然界中的存在形式，了解硅及其化合物的性质与应用。

2．知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。

3．以自然界存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。

1．硅酸盐的化学式常用氧化物形式表示。

2．水玻璃是硅酸钠的水溶液。

水泥、陶瓷、玻璃为硅酸盐产品。

3．SiO 2熔点高硬度大，是一种酸性氧化物，SiO 2＋CaO=====高温CaSiO 3， SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O 。

SiO 2可用于制造硅单质及光导纤维。

4．硅晶体的熔、沸点高，硬度大，常温下比较稳定，与O 2、Cl 2、HNO 3、H 2SO 4等很难发生反应，硅晶体可用作半导体材料。

5．工业制备高纯硅的主要反应有SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑， Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4，SiCl 4＋2H 2=====高温Si ＋4HCl 。

硅酸盐矿物与硅酸盐产品1．硅酸盐(1)表示方法——氧化物法①性质：a ．可溶于水，其水溶液称“水玻璃”。

b ．水溶液可与盐酸、CO 2反应产生沉淀。

②用途：Na 2SiO 3溶液在建筑行业常用做黏合剂，经Na 2SiO 3溶液浸泡过的木材、纺织品等既耐腐蚀又不易着火。

2．硅酸盐产品[特别提醒](1)硅酸是一种比H 2CO 3还弱的酸，且难溶于水。

(2)普通玻璃的成分为Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2可写成Na 2O·CaO·6SiO 2。

(3)玻璃是混合物，没有固定熔点，加热时在一定温度范围内软化。

(4)分子筛的成分是铝硅酸盐。

1．Na 2SiO 3为什么必须密封保存？提示：Na 2SiO 3会吸收空气中的CO 2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓。

2．硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？提示：否。

硅酸盐结构复杂，通常用SiO 2和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。

1．硅酸盐氧化物形式的改写 书写形式⎩⎪⎨⎪⎧氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水氧化物之间以“·”隔开 化学计量数⎩⎪⎨⎪⎧配置原则：各元素原子总个数比值符合原来的组成若出现分数时应化为整数 例如：钠长石(NaAlSi 3O 8)不能写成12Na 2O·12Al 2O 3·3SiO 2，应写成Na 2O·Al 2O 3·6SiO 2。

2．新型陶瓷的性能及用途1．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·H2O解析：选B根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，按活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→SiO2→H2O的顺序排列，再调整各氧化物前的计量数并使其与昆仑玉化学式中一致，可得昆仑玉氧化物表示形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。

2．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解析：选B制取玻璃的原料中有纯碱，而制取水泥的原料中没有纯碱，A不正确；普通玻璃的组成一般为Na2O·CaO·6SiO2，玻璃属于混合物，没有固定的熔点，B正确；普通玻璃和水玻璃的成分不同，水玻璃不是普通玻璃的俗名，C不正确；制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石，石灰石中不含有硅，D不正确。

二氧化硅1．存在沙石、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。

2．物理性质熔沸点很高、硬度很大，不溶于水。

3．化学性质(1)常温下性质不活泼，不与水、酸(HF 除外)反应。

(2)是一种酸性氧化物SiO 2――→与NaOHSiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O ――→与CaOSiO 2＋CaO 高温,CaSiO 3。

(3)特性：SiO 2能与HF 反应，化学方程式为SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。

4．用途：用于制光导纤维、光学镜片、石英坩埚。

5．SiO 2和CO 2的比较CO 2＋H 2OH 2CO 31．下列关于SiO 2和CO 2的说法中正确的是( ) A ．CO 2、SiO 2分别是碳酸和硅酸的酸酐 B ．CO 2和SiO 2与水反应分别生成相应的酸 C ．CO 2、SiO 2均是酸性氧化物D ．CO 2和SiO 2都是由相应的分子组成的解析：选AC 虽然SiO 2是H 2SiO 3的酸酐，但SiO 2却不能溶于水生成H 2SiO 3，而CO 2可溶于水生成H 2CO 3，B 错误；SiO 2与CO 2都是酸酐，都是酸性氧化物，A 、C 正确；CO 2是由CO 2分子构成的，而SiO 2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO 2中不存在分子，D 错误。

2．SiO 2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是( ) A ．SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O B ．SiO 2＋CaO=====高温CaSiO 3 C ．SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O D ．SiO 2＋4HCl===SiCl 4＋2H 2O解析：选D SiO 2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D 项不正确。

硅单质1．物理性质硅晶体的熔点和沸点都很高，硬度很大，导电性介于导体和绝缘体之间，是一种半导体材料。

2．化学性质(1)常温下，单质硅比较稳定，与O 2、Cl 2、硝酸、硫酸等都很难发生反应。

(2)加热时――→与O 2反应Si ＋O 2=====△SiO 2――→与Cl 2反应Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4 3．工业制法SiO 2――→C高温Si(粗)――→Cl 2高温SiCl 4――→H 2高温Si(纯) 反应的化学方程式依次为SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑，Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4，SiCl 4＋2H 2=====高温Si ＋4HCl 。

4．用途：硅用作半导体材料，制造集成电路。

1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO 2制取粗硅时，为什么生成CO 而不是CO 2? 提示：制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：C ＋CO 2△,2CO ，故产物是CO 而不是CO 2。

2．在焦炭与SiO 2制取粗硅的反应中，还原剂和还原产物分别是什么？ 提示：焦炭；硅。

1．硅的制备硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段： (1)粗硅的制备：2C ＋SiO 2=====高温电炉Si(粗硅)＋2CO ↑ (2)纯硅的制备：Si(粗硅)＋2Cl 2△,SiCl 4、SiCl 4＋2H 2高温,Si(纯硅)＋4HCl 。

2．硅及其化合物的“反常”(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。

(2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却与强碱溶液反应放出氢气 Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。

(3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成氢气，非金属单质与非氧化性酸不反应，但硅却与氢氟酸反应放出氢气：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。

(4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但SiO 2能与氢氟酸反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。

(5)非金属氧化物一般沸点较低，呈气态，但二氧化硅熔点很高，是固态。

H 2SiO 3是常温下呈固态的酸。

(6)无机含氧酸一般都溶于水，但硅酸不溶于水。

(7)常温下，硅的化学性质不活泼，但在自然界却不存在单质硅。

(8)硅酸钠叫泡花碱，但它是盐，硅酸钠水溶液又称水玻璃，但其与玻璃成分不完全相同。

(9)非金属单质一般为绝缘体，但硅为半导体，石墨为导体。

(10)硅具有“亲氟”性：Si ＋2F 2===SiF 4，Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑，SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。

3．硅及其化合物的转化发生反应的化学方程式： ①Si ＋O 2=====△SiO 2；②SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O ；③CO 2＋H 2O ＋Na 2SiO 3===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓； ④H 2SiO 3=====△SiO 2＋H 2O ； ⑤SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑。

1．下列关于硅的说法正确的是( )A ．硅是非金属元素，故它的单质是灰黑色没有金属光泽的固体B ．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，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起反应D ．当加热到任何温度时，硅不能与氧气、氯气等非金属反应解析：选B 常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热或高温条件下，硅能与氧气、氯气起反应。

2．制备硅单质时，主要化学反应如下：①SiO 2(石英砂)＋2C(焦炭)高温,Si(粗硅)＋2CO ↑； ②Si(粗硅)＋2Cl 2加热,SiCl 4； ③SiCl 4＋2H 2高温,Si(纯硅)＋4HCl 。

下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是( ) A ．①为置换反应B ．①②③均为氧化还原反应C ．②为化合反应D ．三个反应的反应物中硅元素均被还原解析：选D 反应②中硅元素的化合价升高，被氧化，D 项错误。

[三级训练·节节过关]1．地球的表层大多是岩石，而大多数岩石的主要成分都是硅酸盐，下面用盐或氧化物的形式表示岩石的组成，其中不正确的是( )A ．钙沸石[Ca(Al 2Si 3O 10)·3H 2O]表示为 CaO·Al 2O 3·3SiO 2·3H 2OB ．镁橄榄石(Mg 2SiO 4)可表示为2MgO·SiO 2C ．闪石[Ca 2Mg 5Si 8O 22(OH)2]表示为 2CaSiO 3·5MgSiO 3·H 2OD ．高岭石[Al 2(Si 2O 5)(OH)4]可表示为 Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O解析：选 C 2CaSiO 3·5MgSiO 3·H 2O 中Ca 与Si 的原子个数比为2∶7，而闪石Ca 2Mg 5Si 8O 22(OH)2中，Ca 与Si 原子个数比为2∶8，错误。