歡迎進入化學課堂 第12講含硅礦物與信息材料 一 硅酸鹽1 硅酸鹽是由硅 氧與其他化學元素 主要是鋁 鐵 鈣 鎂 鉀 鈉等 組成的化合物的總稱 2 硅酸鹽的結構 硅酸鹽結構穩(wěn)定 在自然界中穩(wěn)定存在 硅酸鹽的結構復雜 常以氧化物的形式表示 氧化物形式書寫的規(guī)律 金屬元素寫成其氧化物 硅元素寫成二氧化硅 氫元素寫成水 3 Na2SiO3的性質(zhì) 硅酸鈉 Na2SiO3 可溶于水 其水溶液俗稱 水玻璃 是建筑行業(yè)經(jīng)常使用的一種黏合劑 經(jīng)水玻璃浸泡過的木材 紡織品既耐腐蝕 又不易著火 4 分子篩 利用硅酸鹽內(nèi)部結構的空隙 可用于分離 提純氣體或液體混合物 還可以作干燥劑 離子交換劑 催化劑 催化劑載體 凈化水 凈化空氣 防毒器械 食品保鮮 電子產(chǎn)品處理 石油化工等方面 二 硅酸鹽產(chǎn)品1 水泥生產(chǎn)水泥的原料 黏土 石灰石 少量石膏設備 水泥回轉窯反應進行的條件 高溫加入石膏的作用調(diào)節(jié)水泥的硬化速度水泥的組成成分 硅酸三鈣 3CaO SiO2 硅酸二鈣 2CaO SiO2 和鋁酸三鈣 3CaO Al2O3 等 2 玻璃生產(chǎn)玻璃的原料石英 純堿 石灰石設備 玻璃熔爐反應進行的條件 高溫制得的玻璃的主要成分 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 故玻璃屬于混合物 沒有固定的熔沸點 玻璃的種類有 普通玻璃 鋼化玻璃 石英玻璃 光學玻璃等 3 陶瓷主要原料 粘土中國瓷都 景德鎮(zhèn)陶都 宜興化學實驗室中的坩堝 蒸發(fā)皿等都是陶瓷制品 三 二氧化硅1 物理性質(zhì)二氧化硅是一種沸點很高 硬度很大的氧化物 不溶于水 2 化學性質(zhì)二氧化硅的化學性質(zhì)不活潑 不與水 酸 除HF除外 發(fā)生反應 能耐高溫 耐腐蝕 但二氧化硅能與堿性氧化物 強堿 氫氟酸反應 1 具有弱氧化性 SiO2 2C Si 2CO 2 具有酸性氧化物的通性 硅酸酐 CaO SiO2 CaSiO 煉鐵中除爐渣 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞 常用橡皮塞 3 特性 SiO2 4HF SiF4 2H2O 腐蝕玻璃 4 制造玻璃的兩個反應 Na2CO3 SiO2 Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2 高溫 高溫 高溫 高溫 3 二氧化硅的用途二氧化硅可用于制作光學鏡片 石英 坩堝外 還可用于制造光導纖維 四 硅單質(zhì)1 物理性質(zhì) 硅晶體的熔點和沸點都很高 硬度也很大 2 化學性質(zhì) 在常溫下 單質(zhì)硅比較穩(wěn)定 與O2 Cl2 HNO3 H2SO4等物質(zhì)都很難發(fā)生反應 但可以與氫氟酸 氫氧化鈉溶液反應 方程式 Si 4HF SiF4 2H2 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 3 用途 晶體硅是一種重要的半導體材料 廣泛應用于電子工業(yè)的各個領域 4 硅的制備工業(yè)上用碳在高溫下還原二氧化硅的方法 制得含有少量雜質(zhì)的粗硅 將粗硅在高溫下和氯氣反應生成四氯化硅 四氯化硅經(jīng)提純后 再用氫氣還原 就可以得到高純度的硅 反應過程中發(fā)生的反應為 粗硅的制備 SiO2 2C Si 2CO 精煉制高純硅 Si 2Cl2 SiCl4 SiCl4 2H2 Si 4HCl 高溫 高溫 高溫 考點一硅酸鹽及其用途的考查 例1下列表述正確的是 人造剛玉的熔點很高 可用作高級耐火材料 主要成分為二氧化硅 化學家采用瑪瑙研砵摩擦固體反應物進行無溶劑合成 瑪瑙的主要成分是硅酸鹽 提前建成的三峽大壩使用了大量的水泥 水泥是硅酸鹽材料 夏天到了 游客佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來保護眼睛 太陽能電池可用硅材料制作 其應用有利于環(huán)保 節(jié)能 A B C D 解析 人造剛玉的主要成分為氧化鋁 熔點高可作高級耐火材料 瑪瑙的主要成分是SiO2 水泥是三大重要的硅酸鹽產(chǎn)品之一 三峽大壩上用了1 082 1010kg的水泥 變色眼鏡主要是添加了溴化銀的玻璃制成的 硅是人類將太陽能轉移為電能的常用材料 利用高純硅的半導體性能 可以制成光電池 將光能 如太陽能 直接置換為電能 方法技巧點撥 這種題型的特點是以社會熱點為背景 起點高落點低 只要結合所學知識分析 就能解題 解決這部分試題的關鍵在于要從生活中認識化學 將書本的知識與實際相聯(lián)系 答案 D 考點二新型無機材料性質(zhì)及應用 例2硅單質(zhì)及其化合物應用范圍很廣 請回答下列問題 1 制備硅半導體材料必須先得到高純硅 三氯甲硅烷 SiHCl3 還原法是當前制備高純硅的主要方法 生產(chǎn)過程示意圖如下 寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學反應方程式 整個制備過程必須嚴格控制無水無氧 SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3 HCl和另一種物質(zhì) 寫出配平的化學反應方程式 H2還原SiHCl3過程中若混入O2 可能引起的后果是 3SiHCl3 3H2O H2SiO3 H2 3HCl 高溫下 H2遇O2發(fā)生爆炸 2 下列有關硅材料的說法正確的是 填字母 A 碳化硅化學性質(zhì)穩(wěn)定 可用于生產(chǎn)耐高溫水泥B 氮化硅硬度大 熔點高 可用于制作高溫陶瓷和軸承C 高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料 光導纖維D 普通玻璃是由純堿 石灰石和石英砂制成的 其熔點很高E 鹽酸可以與硅反應 故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅 BC 3 硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃 取少量硅酸鈉溶液于試管中 逐滴加入飽和氯化銨溶液 振蕩 寫出實驗現(xiàn)象并給予解釋 生成白色絮狀沉淀 又刺激性氣味的氣體生成 解析 理解流程中各步反應的原理 注意氧化還原反應 鹽類水解知識的應用 1 H2還原SiHCl3可制備高純硅 SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3 HCl和另一種物質(zhì) 寫出配平的化學反應方程式3SiHCl3 3H2O H2SiO3 H2 3HCl H2還原SiHCl3過程中若混入O2 可能引起的后果是 高溫下 H2遇O2發(fā)生爆炸 2 水泥為硅酸鹽 不含SiC A錯 Si3N4均為原子晶體 硬度大 熔點高 性質(zhì)穩(wěn)定 B正確 光導纖維的材料為SiO2 C正確 普通玻璃的主要成分為Na2SiO3和CaSiO3 它是以石英砂 SiO2 石灰石 CaCO3 和純堿 Na2CO3 為主要原料反應制成的 Na2CO3 SiO2 Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2 CaSiO3 CO2 無一定熔點 D錯誤 常溫下 Si只能與唯一一種酸HF反應不與HCl反應 E錯 3 與發(fā)生雙水解反應 2 2H2O 2NH3 H2O H2SiO3 高溫 高溫 方法技巧點撥 本題以硅單質(zhì)及其化合物應用為背景來命題 要解決它必須具有三個層次上的能力 閱讀能力 即首先要能通過閱讀題目來弄清出題人的意圖 分析能力 即能分析題目中每一個信息與我們所學知識之間的聯(lián)系 運用知識解決問題的能力 考點三高純度硅的制備 硅材料的性質(zhì)及用 例3晶體硅是一種重要的非金屬材料 制備純硅的主要步驟如下 高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅 粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3 Si 3HClSiHCl3 H2 SiHCl3與過量H2在1000 1100 反應制得純硅已知SiHCl3 能與H2O強烈反應 在空氣中易自燃 請回答下列問題 300 1 第 步制備粗硅的化學反應方程式為 2 粗硅與HCl反應完全后 經(jīng)冷凝得到的SiHCl3 沸點33 0 中含有少量SiCl4 沸點57 6 和HCl 沸點 84 7 提純SiHCl3采用的方法為 3 用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下 熱源及夾持裝置略去 分餾 或蒸餾 裝置B中的試劑是 裝置C中的燒瓶需要加熱 其目的是 濃硫酸 使滴入燒瓶中的SiHCI3氣化 反應一段時間后 裝置D中觀察到的現(xiàn)象是 裝置D不能采用普通玻璃管的原因是 裝置D中發(fā)生反應的化學方程式為 為保證制備純硅實驗的成功 操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性 控制好反應溫度以及 有固體物質(zhì)生成 在反應溫度下 普通玻璃會軟化 排盡裝置中的空氣 為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì) 將試樣用稀鹽酸溶解 取上層清液后需再加入的試劑 填寫字母代號 是 a 碘水b 氯水c NaOH溶液d KSCN溶液e Na2SO3溶液 bd 解析 高純硅的制取是以初步冶煉得到的粗硅為原料 在加熱條件下與氯化氫氣體反應 制成氣態(tài)化合物SiHCl3 與雜質(zhì)分離后在高溫條件下用氫氣還原 重新得到硅和氯化氫氣體 這樣就去掉雜質(zhì) 得到高純硅 1 工業(yè)上制粗硅時 是用SiO2為原料 在高溫下用C還原得到粗硅 SiO2 2C Si 2CO 這樣得到的硅含有雜質(zhì) 可以作為冶煉制取高純硅的原料 2 中由題給物質(zhì)沸點的不同 可以考慮用分餾的方法來進行分離 高溫 3 由于SiHCl3與水強烈反應 所以反應環(huán)境必須無水 制得氫氣必須干燥 B中放的是干燥劑 濃硫酸 常溫下 SiHCl3是液態(tài) 為了增大兩者接觸面積 可以通過加熱的方法使SiHCl3氣化 D裝置采用石英管不采用普通玻璃管的目的是兩者反應需要高溫 溫度高了 普通玻璃管會軟化 SiHCl3在空氣中會自燃 必須排除空氣 鐵元素的檢驗是采用Fe3 遇KSCN變紅色 所以鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì) 試樣用稀鹽酸溶解后 還需要氯水和KSCN 方法技巧點撥 熟悉工業(yè)制粗硅及粗硅提純的工業(yè)制法 仔細閱讀題目信息 從給出的信息中找解的切入點 做題時還需注意兩點 C和SiO2反應 產(chǎn)物是CO不是CO2 C是還原劑 粗硅首先和Cl2反應 生成SiCl4 SiCl4具有揮發(fā)性 揮發(fā)出來的SiCl4再和H2反應生成Si和HCl 1 2011 山東 某短周期非金屬元素的原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半 該元素 A 在自然界中只以化合態(tài)的形式存在B 單質(zhì)常用作半導體材料和光導纖維C 最高價氧化物不與酸反應D 氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定 A 解析 依據(jù)原子核外電子的排布規(guī)律可知 在短周期元素中原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半的元素可以是Li或Si元素 但Li屬于金屬不符合題意 因此該元素是Si元素 硅是一種親氧元素 在自然界它總是與氧相化合 因此在自然界中硅主要以熔點很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在 選項A正確 硅位于金屬和非金屬的分界線附件常用作半導體材料 二氧化硅才用作光導纖維 選項B不正確 硅的最高價氧化物是二氧化硅 SiO2與酸不反應但氫氟酸例外 與氫氟酸反應生成SiF4和水 因此氫氟酸不能保存在玻璃瓶中 選項C不正確 硅和碳都屬于 A 但硅位于碳的下一周期 非金屬性比碳的弱 因此其氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比甲烷弱 選項D也不正確 2 2010 福建 下列各組物質(zhì)中 滿足右圖物質(zhì)一步轉化關系的選項是 C 解析 A項 NaHCO3無法一步到Na 錯 B項 Cu OH 2無法一步到Cu 錯 C項 C與O2不完全燃燒得CO CO與O2反應得CO2 CO2與Mg反應可得C 正確 D項 SiO2無法一步得H2SiO3 H2SiO3無法一步得Si 錯 3 2010 寧波質(zhì)檢 用4種溶液進行實驗 下表中 操作及現(xiàn)象 與 溶液 對應關系錯誤的是 B 解析 A項 2 CO2 少量 3H2O 2Al OH 3 CO 繼續(xù)通CO2 Al OH 3不溶解 但生成HCO B項 CO2 Na2SiO3 H2O Na2CO3 H2SiO3 H2SiO3與CO2不反應 渾濁不會消失 C項 CO2 Ca ClO 2 H2O CaCO3 2HClO 所以溶液變渾濁 加入品紅被HClO氧化褪色 D項 首先 CO2 Ca OH 2 CaCO3 H2O 繼續(xù)通CO2 產(chǎn)生可溶于水的Ca HCO3 2 再加入足量的NaOH 則2NaOH Ca HCO3 2 CaCO3 Na2CO3 2H2O 溶液又變渾濁 4 2011 河南焦作市模擬 從下列事實所得出的相應結論正確的是 A B C D 全部 解析 電解質(zhì)必須是化合物 錯誤 氮氣與氧氣難以反應是因為氮氣含有三鍵 非金屬性 N P 錯誤 答案 B 5 開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一 下列有關材料的說法正確的是 A 氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料B C60屬于原子晶體 用于制造納米材料C 纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料D 單晶硅常用于制造光導纖維 解析 C60屬于分子晶體 B錯 纖維素乙酸酯不是天然高分子材料 C錯 制造光導纖維的原料是SiO2 D錯 A 6 材料與化學密切相關 表中對應關系錯誤的是 A 解析 本題考查生活中常見材料與化學的密切關系 要求考生了解常見物質(zhì)的組成 剛玉和金剛石的成分分別是三氧化二鋁和碳 大理石和石灰石的主要成分都是碳酸鈣 普通玻璃和普通水泥都是常見的硅酸鹽材料 沙子和石英的主要成分都是二氧化硅 故本題答案是A 7 2011 溫州調(diào)研 已知SiO2 SO2和CO2都是酸性氧化物 化學性質(zhì)具有一定的相似性 Mg和Na的化學性質(zhì)也具有一定的相似性 某興趣小組用如下圖所示裝置進行Mg與SO2反應的實驗 1 選擇制取SO2的合適試劑 10 的H2SO4溶液 80 的H2SO4溶液 Na2SO3固體 CaSO3固體 2 寫出裝置B中發(fā)生的主要反應的化學方程式 裝置C中的NaOH溶液的作用是 3 你認為該裝置是否有不足之處 如果有 請指出錯誤 吸收多余的SO2 防止污染環(huán)境 有 一是A B之間缺少干燥裝置 二是B C之間應加一個安全瓶防止倒吸 三是C裝置沒有與大氣相通 某研究小組進行了 實驗室制Si 的研究 他們以課本為基礎 查閱資料得到以下可供參考的信息 工業(yè)上在高溫時用C還原SiO2可制得Si Mg在點燃引發(fā)的條件下即可與SiO2反應 金屬硅化物與稀H2SO4反應生成硫酸鹽與SiH4 SiH4在空氣中自燃他們在研究報告中記載著 選用合適的物質(zhì)在適宜的條件下充分反應 再用足量稀硫酸溶解固體產(chǎn)物 然后過濾 洗滌 干燥 最后稱量 在用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時 發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花 且 實驗室制Si 的產(chǎn)率也只有預期值的63 左右 4 該小組 實驗室制Si 的化學方程式是 5 你估計 用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時 發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花 的原因是 金屬鎂與生成的硅繼續(xù)反應得到硅化鎂 硅化鎂與硫酸反應生成的SiH4在空氣中自燃 或用化學方程式說明 2Mg Si Mg2Si Mg2Si 2H2SO4 2MgSO4 SiH4 SiH4 2O2 SiO2 2H2O 解析 1 實驗室中用Na2SO3固體和濃硫酸制取SO2 SO2溶解度較大 故不能用稀硫酸 選擇試劑 2 B管中鎂與SO2反應類似于Mg與CO2的反應 SO2 2Mg 2MgO S 多余的SO2需用NaOH溶液吸收 以防止大氣污染 3 該裝置中生成的SO2需干燥 同時B C之間應加一個安全瓶防止倒吸 C裝置應將膠塞去掉 以平衡氣壓 4 鎂與SiO2反應為 2Mg SiO2 2MgO Si 5 根據(jù)題給信息 SiH4易自燃 故發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花 其反應為 2Mg Si Mg2Si Mg2Si 2H2SO4 2MgSO4 SiH4 SiH4 2O2 SiO2 2H2O 金屬鎂與生成的硅繼續(xù)反應得到硅化鎂 硅化鎂與硫酸反應生成的SiH4在空氣中自燃 點燃 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全