2018-2019版高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第三单元 含硅矿物与信息材料学案 苏教版必修1.doc

1第三单元第三单元 含硅矿物与信息材料含硅矿物与信息材料[学习目标定位] 1.知道硅在自然界的存在形式和硅酸盐产品的重要应用，会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的组成2.知道硅及其重要化合物二氧化硅的性质及其应用一、硅酸盐与硅酸盐产品1．硅酸盐的概念由硅、氧和金属组成的化合物的总称2．硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2；长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO23．最简单的硅酸盐——Na2SiO3硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃用 Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现它具有阻燃的功能，因此可作防火剂按要求完成下列实验：(1)在盛有饱和硅酸钠溶液的试管中，滴加 2～3 滴酚酞溶液，观察到的现象是溶液变为红色；再滴加稀盐酸，观察到的现象是溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式是 Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl2)若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式是 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

4．三种常见的硅酸盐产品2硅酸盐产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙 2CaO·SiO2、硅酸三钙 3CaO·SiO2、铝酸三钙 3CaO·Al2O3玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃熔炉普通玻璃 Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土Al2O3·2SiO2·2H2O1.用氧化物的形式表示硅酸盐组成的方法(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和氧化物组合)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水2)氧化物之间以“·”隔开3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字4)书写原则：硅酸盐中各元素化合价及原子个数比保持不变2．硅酸钠及硅酸(1)硅酸钠：化学性质相对稳定，不易腐蚀，不能燃烧，热稳定性强，其水溶液呈碱性，能与酸反应，其离子方程式为 SiO＋2H＋===H2SiO3↓2－3(2)硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3H2O＋SiO2△②硅酸能与强碱溶液反应：2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O提醒 硅酸盐氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示结构，不能认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。

3．工业上制普通玻璃的主要反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑=====高温CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑=====高温【例 1】 《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆” “色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2 价)下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( )A．可用氧化物形式表示为 BaO·CuO·2SiO2B．性质稳定，不易脱色3C．易溶解于强酸和强碱D．x等于 6答案 C解析 “硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应 “硅酸铜钡”中 Ba 为＋2 价，Cu 为＋2 价，Si 为＋4 价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D 均正确例 2】 下列关于硅酸盐产品的说法正确的是( )A．玻璃、水泥属于硅酸盐产品，陶瓷不属于硅酸盐产品B．普通玻璃的组成可表示为 Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2C．生产水泥的主要原料是纯碱、石灰石和石英D．生产玻璃的主要原料是黏土、石灰石答案 B解析 陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品；普通玻璃的组成不仅可用 Na2O·CaO·6SiO2表示，还可表示为 Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2；生产水泥的主要原料是黏土、石灰石；生产玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。

二、二氧化硅与信息材料1．二氧化硅(1)存在：沙子、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＋SiO2CaSiO3高温②特性：与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O4)用途：制作光学镜片、石英坩埚，还可用于制作光导纤维2．硅(1)物理性质：晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料2)化学性质：硅原子最外层有 4 个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼常温下，除4与 F2、HF 和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应加热时，硅能与O2、Cl2、C 发生化合反应3)硅的工业制法①粗制：制备原理：SiO2＋2CSi＋2CO↑(隔绝空气条件下进行，C 过量)高温氧化剂：SiO2，还原剂：C②精制：将粗硅(含杂质较多)与 Cl2在高温下反应生成 SiCl4SiCl4经提纯后再用 H2还原，即得高纯硅，有关反应的化学方程式为 Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。

高温二氧化硅的性质1．碳与硅、二氧化硅与二氧化碳性质差别较大的原因是结构不同2．SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不与水反应，也不与酸(氢氟酸除外)反应SiO2―→H2SiO3需间接实现，如 SiO2SiOH2SiO3――→OH－2－3――→H＋或CO23．SiO2晶体中不存在 SiO2分子，SiO2表示二氧化硅中 Si 原子和 O 原子个数比为 1∶2 的化学式4．可以用玻璃瓶盛放碱液但不能用玻璃塞原因是玻璃中含有 SiO2，SiO2与 NaOH 溶液反应生成 Na2SiO3，使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启5．Si、SiO2的转化关系【例 3】 关于二氧化硅，下列叙述正确的是________(填序号)①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸③物理性质与 CO2相似④SiO2晶体是由 SiO2分子直接组成的⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是 SiO2⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”答案 ⑤⑥解析 SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与 NaOH 发生反应，熔融 NaOH 固体不能用石英坩埚，①不正确；SiO2属于酸性氧化物，与 H2O 不反应，但能与HF 反应，②不正确；SiO2与 CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；SiO2晶体是由5Si、O 原子构成的，不含 SiO2分子，④不正确；⑤正确；光导纤维主要成分为 SiO2，SiO2与碱反应，因此易发生“断路” ，⑥正确。

例 4】 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：二氧化硅粗硅SiHCl3纯硅――→①焦炭高温――→②干燥HCl300 ℃――→③过量H21 000 ℃关于上述反应的分析不正确的是( )A．3 个反应都是置换反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成 28 g 硅，均转移 4 mol 电子D．提纯 SiHCl3采用的方法是分液答案 D解析 高温下焦炭能将 SiO2还原为 Si，H2能将 SiHCl3还原为 Si，B 项正确；硅在化合物中显＋4 价，消耗或生成 1 mol Si，则转移 4 mol 电子，C 项正确；SiHCl3中含有少量的SiCl4(和 HCl)，它们的沸点有明显差异，用蒸馏(或分馏)的方法提纯，D 项不正确1．硅酸：一种不溶于水的酸，不能由 SiO2与 H2O 反应制得2．SiO2与硅两种物质的重要用途：SiO2是光导纤维的主要成分；硅是半导体材料3．熟记三个化学方程式(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；(3)Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

1．华裔科学家高锟因在“光学通信领域光在光导纤维中传输”的研究方面所取得的开创性成就获得了诺贝尔物理学奖光导纤维的主要成分是( )A．Si B．SiO2 C．Na2SiO3 D．SiCl4答案 B解析 光导纤维的主要成分为 SiO22．下列说法正确的是( )A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应B．二氧化硅分子由 1 个硅原子和 2 个氧原子构成C．硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水D．CO2与 SiO2均具有氧化性，可作氧化剂6答案 D解析 SiO2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以 A不正确；二氧化硅中不存在 SiO2分子，所以 B 不正确；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，所以 C 不正确3．下列关于玻璃的叙述正确的是( )A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英B．普通玻璃的主要成分不是二氧化硅C．玻璃是几种成分熔化在一起的晶体，有固定的熔点D．过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃答案 D解析 普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，是一种混合物，没有固定的熔点4．下列溶液中①碳酸钠溶液、②氢氟酸、③氢氧化钠溶液、④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是( )A．①③ B．②④ C．②③ D．①④答案 A解析 ①③项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃裸露的 SiO2反应，生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。

5．下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是( )A．SiO2属于两性氧化物B．酸性：H2SiO3＞H2CO3C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示转化反应都是氧化还原反应答案 C解析 SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3＞H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如 SiO2与 NaOH 溶液的反应6．由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式(是离子反应的，写出离子方程式)7(1)用 NaOH(aq)溶解石英：__________________________________________________________________________________________________________________________2)过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生：______________________________________________________________________________________________________________3)微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：_______________________。

写出硅胶的一种用途：____________________________答案 (1)2OH－＋SiO2===SiO＋H2O2－3(2)SiO＋2H＋===H2SiO3↓2－3(3)H2SiO3H2O＋SiO2 干燥剂(或“催化剂载体”)=====△解析 (1)石英的主要成分是酸性氧化物 SiO2，与碱反应生成盐和水：2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O2)过滤，除去石英中的杂质，得滤液为 Na2SiO3(aq)，硅酸是弱酸，Na2SiO3与盐酸发生复分解反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓3)微热，H2SiO3(aq)浓缩，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶：H2SiO3H2O＋SiO2硅胶的制备过。