【精品】高中化学苏教版必修1教学案：专题3第三单元含硅矿物与信息材料Word版含解析

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： ① SiO 2(石英砂 )＋2C( 焦炭 )高温 ,Si(粗硅 )＋ 2CO ↑； ② Si(粗硅 )＋ 2Cl 2 加热 ,SiCl 4； ③ SiCl 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。
4． 用途： 用于制光导纤维、光学镜片、石英坩埚。
5． SiO2 和 CO 2 的比较
不
同
熔、沸点
SiO 2 高
CO 2 低
点
状态
无色晶体
气态
与水反应
不反应
CO 2＋ H 2O
H 2CO 3
与酸反应 与碱性氧 化物反应
只与氢氟酸反应
高温
CaO ＋ SiO 2 =பைடு நூலகம்=== CaSiO 3
不反应 CO 2＋ CaO===CaCO 3
2=====SiCl 4
3． 工业制法
C
Cl 2
H2
SiO2―高―温→Si(粗) ―高―温→ SiCl 4―高―温→ Si(纯 )
反应的化学方程式依次为
SiO2 ＋
2C==高=温==Si＋ 2CO
↑，
Si＋ 2Cl
高温
2=====SiCl
4
，
SiCl
4
＋
高温
2H 2=====Si＋ 4HCl 。
4． 用途： 硅用作半导体材料，制造集成电路。
1． Na 2SiO 3 为什么必须密封保存？ 提示： Na2SiO 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
Na2SiO 3＋
H 2O＋ CO 2===Na 2CO 3＋ H2SiO 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？
C． 2CaO·MgO·SiO 2·2H 2O
D． 5CaO·2MgO·8SiO 2·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 → SiO 2→ H 2O 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
与碳反应
CaSiO 3＋ CO 2↑
===H 2SiO3 ↓＋ Na2CO 3
SiO2 ＋
2C
高温
=====
Si ＋
2CO ↑
△
CO 2＋ C=====2CO
1．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 SiO2 与水反应分别生成相应的酸 C． CO 2 是酸性氧化物， SiO2 是两性氧化物
A 不正确；普
通玻璃的组成一般为 Na 2O·CaO·6SiO 2，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。
错误。
2． SiO2 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． SiO2＋ 2NaOH===Na 2SiO3＋ H 2O
B．
SiO2＋
高温
CaO=====
CaSiO
3
C． SiO2＋ 4HF===SiF 4↑＋ 2H 2O D． SiO2＋ 4HCl===SiCl 4＋ 2H 2 O 解析： 选 D SiO2 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。
(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 2SiO3＋ 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↑。
例如：钠长石
(NaAlSi 3O8)不能写成
1 2
Na
1 2O·2Al
2
O
3·3SiO
2，应写成
Na 2O·Al 2O 3·6SiO 2。
2． 新型陶瓷的性能及用途
品种
主要性能
主要用途
高温结构 陶瓷
①耐高温；②耐氧化；③耐磨蚀
耐高温材料，洲际导弹的端头，火 箭发动机的尾管及燃烧室，汽车发 动机，喷气发动机
O2、 Cl 2、 HNO 3、
H 2SO4 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
高温
SiO2＋ 2C=====Si＋2CO ↑ ，
高温
高温
Si＋ 2Cl 2=====SiCl 4， SiCl 4＋ 2H 2=====Si＋4HCl 。
硅酸盐矿物与硅酸盐产品
1． 硅酸盐
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
高温
2==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。
(1) 表示方法 —— 氧化物法
俗名
锆石
氧化物
ZrO 2·
红柱石 Al 2O3·
钙铝石榴子石 3CaO·Al 2O3 ·
镁橄榄石 2MgO·
表示法 (2) 硅酸钠 ①性质：
SiO2
SiO 2
3SiO 2
SiO 2
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 2SiO3 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。
与碱反应
SiO2＋ 2NaOH===
CO 2＋ 2NaOH===
Na 2SiO3＋ H 2O
Na2CO 3＋ H2O
相
SiO
2＋
Na
2CO
高温
3=====
CO 2＋ H 2O＋
同
与某些盐
Na2SiO 3＋CO 2↑
Na2CO 3===2NaHCO 3
点
反应
SiO2 ＋
CaCO 3
高温
=====
CO 2＋ H 2O＋ Na 2SiO 3
(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===SiF4 ， Si ＋ 4HF===SiF 4↑ ＋ 2H 2↑ ， SiO 2 ＋ 4HF===SiF 4↑＋ 2H 2O。 3． 硅及其化合物的转化
[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 ( )
(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。 温下呈固态的酸。
H 2SiO 3 是常
(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。
D． CO 2 和 SiO2 都是由相应的分子组成的
解析： 选 A 虽然 SiO2 是 H 2SiO 3 的酸酐，但 SiO2 却不能溶于水生成 H 2SiO3，而 CO 2
可溶于水生成 H 2CO 3，B 错误； SiO2 与 CO 2 都是酸酐，都是酸性氧化物， A 正确， C 错误；
CO 2 是由 CO 2 分子构成的，而 SiO2 则是由硅原子和氧原子构成的， SiO2 中不存在分子， D
2． 硅酸盐产品 硅酸盐产品
原料
主要设备
水泥
黏土、石灰石及石膏
水泥回转窑
玻璃
石灰石、纯碱、石英
玻璃熔炉
陶瓷
黏土
[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 2SiO3、 CaSiO 3、 SiO2 可写成 Na2O·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。
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、 Cl2、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―C―l 2反→应
Si＋
2Cl
高温
2CaO ·5MgO·8SiO 2·H 2O。
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，
发生反应的化学方程式：
△
① Si＋ O2=====SiO2； ② SiO 2＋ 2NaOH===Na 2SiO 3＋ H 2O； ③ CO 2＋ H 2O＋ Na 2SiO3===Na 2CO 3＋ H 2SiO3↓；
△
④ H 2SiO3=====SiO 2＋ H2O ；
⑤
SiO
2＋
高温
2C=====Si＋
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。
高温
3． SiO2 熔点高硬度大，是一种酸性氧化物， SiO2＋ CaO===== CaSiO 3，
SiO 2＋ 2NaOH===Na 2SiO3＋ 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
提示： 否。硅酸盐结构复杂，通常用 SiO2 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 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
形式 化学
氧化配物置之原间则以：“各元·素”原隔子开总个数比值符合原来的组成
计量数 若出现分数时应化为整数
压电陶瓷
能实现机械能与电能的相互转化
电波滤波器、通话器、声纳探伤器、 点火器
透明陶瓷
①优异的光学性能；②耐高温；③ 绝缘性好
制高压钠灯的灯管，防弹“玻璃”
超导陶瓷
超导性
超导材料
1．昆仑玉的成分可简单看成是 形式可表示为 ( )
Ca2Mg 5Si8O 22(OH) 2，则其用二氧化硅和金属氧化物的
A． CaO·MgO· SiO2·H 2O B． 2CaO·5MgO·8SiO 2·H 2O
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第三单元 含硅矿物与信息材料
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[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。
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
SiO2与―N―aO→H SiO 2＋ 2NaOH===Na
与 CaO
2SiO3＋ H 2O ――→ SiO2＋ CaO
高温 ,CaSiO 3。
(3) 特性： SiO2 能与 HF 反应，化学方程式为 SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋ 2H 2O。
1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原 SiO2 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