含硅礦物與信息材料

考點一碳、硅單質及其重要化合物

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“?”。(1)金剛石和石墨由相同的元素組成,因此它們具有相同的性質

()(2)一氧化碳易與血液中的血紅蛋白結合

()(3)向CaCl2溶液中通入CO2,無明顯現象,若先通入NH3再通入CO2,溶液會變渾

濁

()(4)向飽和Na2CO3溶液中通入過量的CO2氣體,有晶體析出

()(5)向NaAlO2溶液中通入CO2氣體,一開始有白色沉淀生成,CO2過量,沉淀溶解()(6)向氨化的飽和食鹽水中通入過量CO2氣體,有晶體析出

()?√√√?√2.從元素周期表的位置看,碳和硅均為ⅣA族元素,自然界中有碳的多種單質

存在,自然界中有硅的單質嗎?為什么?沒有,因為硅有很強的親氧性,在地殼形成時硅與氧易結合,難分離,因而硅

在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽形式存在

。

1.碳、硅單質的結構、物理性質及用途

碳硅在元素周期表中的位置第①

二

周期②

ⅣA

族第③

三

周期④

ⅣA

族元素在自然界中的存在形式既有游離態(tài)又有化合態(tài)只有⑤

化合

態(tài)單質的結構金剛石:⑥

空間網狀

結構,石

墨:層狀結構晶體硅:與金剛石類似的⑦

空

間網狀

結構單質的物理性質金剛石熔點高、硬度大,石墨熔點高、質⑧

軟

,有滑膩感,能導電晶體硅為灰黑色固體,有金屬光

澤、硬度大、熔點⑨

高

單質的用途金剛石用作切割刀具,⑩

石墨

用作電極、鉛筆芯晶體硅用作

半導體

材料、硅芯片和硅太陽能電池2.碳、硅的化學性質碳、硅在參與化學反應時,一般表現還原性。

3.硅的工業(yè)制法(1)制取粗硅工業(yè)上,用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質的粗硅:

SiO2+2C

Si+2CO↑

。(2)粗硅提純a.Si+2Cl2

SiCl4;b.SiCl4+2H2

Si+4HCl。(3)注意問題a.用焦炭還原SiO2,產物是CO而不是CO2;b.粗硅中含碳等雜質,與Cl2反應生成的SiCl4中也含CCl4等雜質,經過蒸餾提純

SiCl4后,再用H2還原,得到高純度硅。4.二氧化碳和二氧化硅

二氧化碳二氧化硅類別

均為

酸性

氧化物

結構特點

由

二氧化碳分子

構成,屬于

分子

晶體由氧原子與硅原子構

成

立體網狀

結構,屬于

原子

晶體主要物理性質

熔、沸點

低

,常溫下為氣體,能溶于水硬度

大

,熔、沸點

高

,常溫下為固體,不溶于水

與水反應CO2+H2O

H2CO3不反應

與酸反應不反應只與氫氟酸反應:

SiO2+4HF

SiF4↑+

2H2O

與堿反應CO2少量:

CO2+2OH-

C

+H2O

CO2過量:

CO2+OH-

HC

SiO2+2NaOH

Na2SiO3+H2O

(盛堿性

溶液的試劑瓶用

橡膠

塞)

與鹽反應如與Na2SiO3溶液反應:

CO2+Na2SiO3+H2O

H2SiO3↓+Na2CO3

(CO2少量)或Na2SiO3

+2H2O+2CO2

H2SiO3↓+2NaHCO3(CO2

足量)如與Na2CO3反應:

SiO2+Na2CO3

Na2

SiO3+CO2↑

與堿性氧化物反應如與Na2O反應:

CO2+Na2O

Na2CO3

如與CaO反應:

SiO2+CaO

CaSiO3

用途

制飲料、制碳酸鹽光導纖維、光學儀

器、電子部件題組一碳及其重要化合物1.用下表中四種溶液進行實驗,操作及現象正確的是

()選項溶液操作及現象A飽和Na2CO3溶液通入CO2,溶液變渾濁,繼續(xù)通入CO2至過量,渾濁消失BNa2SiO3溶液通入CO2,溶液變渾濁,繼續(xù)通入CO2至過量,渾濁消失CCa(ClO)2溶液通入CO2,溶液變渾濁,繼續(xù)通入CO2至過量,渾濁不消失,再加入品紅溶液,紅色褪去DCa(OH)2溶液通入CO2,溶液變渾濁,繼續(xù)通入CO2至過量,渾濁消失,再加入足量NaOH溶液,又變渾濁D解析

A項,向飽和Na2CO3溶液中通入CO2,會發(fā)生反應生成碳酸氫鈉,相

同溫度下碳酸氫鈉的溶解度小于碳酸鈉,所以會析出碳酸氫鈉晶體,繼續(xù)通入

CO2氣體,渾濁不消失,錯誤;B項,向Na2SiO3溶液中通入CO2,會產生硅酸,硅酸

是不溶于水的白色沉淀,溶液變渾濁,繼續(xù)通入CO2至過量,渾濁不會消失,錯

誤;C項,向Ca(ClO)2溶液中通入CO2,會生成碳酸鈣和次氯酸,溶液變渾濁,碳酸

鈣與H2O和過量的CO2反應會轉化為碳酸氫鈣,渾濁消失,次氯酸具有強氧化

性,可使品紅溶液褪色,錯誤;D項,向氫氧化鈣溶液中通入CO2會生成碳酸鈣沉

淀,溶液變渾濁,繼續(xù)通入CO2氣體,碳酸鈣轉化為碳酸氫鈣,渾濁消失,加入

NaOH溶液后,碳酸氫鈣和氫氧化鈉反應會生成碳酸鈣,溶液又變渾濁,正確。2.標準狀況下,將3.36LCO2氣體通入200mL1.00mol·L-1NaOH溶液中,充分

反應后溶液中c(C

)與c(HC

)之比為(不考慮C

、HC

的水解)

()A.1∶1B.1∶2C.2∶1D.1∶3解析

n(CO2)=

=0.15mol,n(NaOH)=0.2L×1.00mol·L-1=0.20mol,

=

=

,1<

<2,則反應產物為Na2CO3、NaHCO3,設其物質的量分別為x、y,則

,解得

,所以

=

。B名師點撥碳及其化合物的轉化關系圖

題組二硅及其化合物3.下列關于硅及其化合物的說法中正確的是

()A.石英和水玻璃的主要成分都是硅酸鹽B.用二氧化硅與焦炭反應制取單質硅時,當生成2.24L氣體(標準狀況)時,得

到1.4g單質硅C.單質硅與強酸、強堿都不反應D.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸強B解析

A項中石英的主要成分是SiO2,不是硅酸鹽,錯誤;B項中用二氧化

硅與焦炭反應制取單質硅時,當生成2.24LCO氣體(標準狀況)時,可得到1.4g

單質硅,正確;C項中單質硅與強堿溶液反應,生成硅酸鹽并放出氫氣,錯誤;D

項中硅酸的酸性比碳酸弱,錯誤。名師點撥硅及其化合物的轉化關系圖

4.二氧化硅是制備硅及其化合物的重要原料,下列說法正確的是

()A.SiO2既能與HF反應,又能與NaOH反應,屬于兩性氧化物B.瑪瑙和紅寶石的主要成分都是SiO2,SiO2和Si都是制造半導體的材料C.高溫下SiO2能與Na2CO3反應放出CO2,說明H2SiO3的酸性強于H2CO3D.向Na2SiO3溶液中加入鹽酸可制備硅酸D解析

二氧化硅是酸性氧化物,能和強堿反應,化學方程式為SiO2+2NaOH

Na2SiO3+H2O,也能和特殊的酸反應,化學方程式為SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O,但生成物不是鹽,故A項錯誤;二氧化硅是光導纖維的材料,故B

項錯誤;高溫下SiO2能與Na2CO3固體反應生成Na2SiO3和CO2,該反應不是在常

溫下進行的,不能說明硅酸的酸性強于碳酸,故C項錯誤;HCl的酸性比H2SiO3

酸性強,所以Na2SiO3溶液中加入鹽酸可制備硅酸,故D項正確。方法技巧領會利用狀態(tài)變化進行物質提純的思想方法,如:粗硅的制備提純過程包

括:SiO2

Si

SiCl4

Si。①SiO2

Si是硅的制取,但固體硅不能從固體雜質中分離。②Si

SiCl4是硅轉化成氣體SiCl4,完成硅與固體雜質的分離,并富集到另一個反應器中。③SiCl4

Si,利用SiCl4+2H2

Si+4HCl反應生成硅,其中只有硅為固體,完成硅的分離。反復多次,即得到較純的硅。歸納總結硅及其化合物的特殊性質(1)硅單質的特殊性①Si的還原性強于C,但C卻能在高溫下還原出Si:SiO2+2C

Si+2CO↑;②非金屬單質一般不與非氧化性酸反應,但Si能與HF反應:Si+4HF

SiF4↑+2H2↑;③非金屬單質大多為非導體,但Si為半導體。(2)含硅化合物的特殊性①SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接與水反應制備H2SiO3;②酸性氧化物一般不與酸反應,但SiO2能與HF反應:SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O;③無機酸一般易溶于水,但H2SiO3難溶于水;④因H2CO3的酸性強于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入少量的CO2能發(fā)生反

應:Na2SiO3+CO2+H2O

H2SiO3↓+Na2CO3,但在高溫下SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑也能發(fā)生?？键c二硅酸鹽與無機非金屬材料

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“?”。(1)晶體硅熔點高、硬度大,故可用于制作半導體材料

()(2)SiO2是酸性氧化物,可溶于強堿溶液,不溶于任何酸()(3)玻璃是一種晶體,有較高的熔點

()(4)傳統(tǒng)無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料

()(5)光導纖維、碳納米管、氮化硅結構陶瓷等都是新型無機非金屬材料

(

)?√??√(6)高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、耐磨損、硬度大、密度小等優(yōu)

點

(

)(7)硅膠多孔,吸水能力強,常用作袋裝食品的干燥劑和抗氧化劑

()(8)水玻璃是混合物,可用于生產黏合劑和防火劑

()?√√2.下列有關硅及硅酸鹽材料的說法正確的是

()A.硅酸鈉屬于鹽,不屬于堿,所以硅酸鈉溶液可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B.反應①:Na2SiO3+H2O+CO2

Na2CO3+H2SiO3↓,反應②:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑,兩反應是相互矛盾的,不可能都發(fā)生C.普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料D.祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18,用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2

D解析

A項,硅酸鈉溶液易造成磨口玻璃塞與瓶口黏結,錯誤;B項,兩反應

條件不同,反應①在溶液中進行,強酸可以制弱酸,而高溫條件下,CO2是氣體,

逸出反應體系,能促使反應發(fā)生,錯誤;C項,石英玻璃的主要成分為SiO2,SiO2是

氧化物,不是鹽,錯誤。

1.硅酸

2.硅酸鹽(1)概念:④

由硅、氧和金屬元素組成的化合物

的總稱,是構成地殼巖石

的主要成分。(2)硅酸鈉(Na2SiO3)a.白色、可溶于水的粉末狀固體,其水溶液俗稱⑤

水玻璃

,有黏性,水溶液

呈堿性。b.它能與較強的酸反應,如與鹽酸反應:⑥

Na2SiO3+2HCl

2NaCl+H2SiO3↓

;與CO2在水溶液中反應:⑦

Na2SiO3+CO2+H2O

H2SiO3↓+Na2CO3

。c.用途:黏合劑(礦物膠)、耐火阻燃材料。(3)硅酸鹽組成的表示:通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽

的組成,如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2,長石(KAlSi3O8)可表示為⑧

K2O·

Al2O3·

3SiO2

。3.無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料

水泥普通玻璃陶瓷生產原料⑨

石灰石、石膏和黏土

⑩

純堿、石灰石、石英

黏土主要設備水泥回轉窯玻璃熔爐陶瓷窯(2)新型無機非金屬材料,如高溫結構陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電

陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物質a.碳化硅具有類似于金剛石的結構,可用作磨料。b.含硅元素4%的硅鋼具有導磁性。c.硅橡膠具有耐高溫和耐低溫的性質。

題組一硅酸鹽1.現有硅酸鈉、石灰石、二氧化硅三種白色粉末,只用一種試劑就可以將它

們鑒別開,該試劑是

()A.純水B.鹽酸

C.硝酸銀溶液D.碳酸鈉溶液解析

硅酸鈉、石灰石、二氧化硅中后兩種均難溶于水;硅酸鈉溶液與

鹽酸反應會出現白色沉淀,石灰石與鹽酸反應放出氣體,二氧化硅和鹽酸不反

應;硅酸鈉溶液可與硝酸銀溶液反應生成白色沉淀,其余不反應;加入碳酸鈉

溶液后硅酸鈉溶解,石灰石和二氧化硅不溶解。B2.下列關于硅酸鹽工業(yè)的敘述正確的是

()A.普通玻璃的主要成分可以表示為Na2O·CaO·6SiO2,說明玻璃為純凈物B.陶瓷、玻璃、水泥都屬于硅酸鹽產品C.制玻璃、水泥時都用到了石灰石和黏土D.制玻璃的過程中發(fā)生了反應:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑,說明酸性:H2SiO3>H2CO3

B解析

普通玻璃的主要成分可以表示為Na2O·CaO·6SiO2,除此外還含有

其他雜質,因此玻璃屬于混合物,A項錯誤;陶瓷、玻璃、水泥都屬于硅酸鹽產

品,B項正確;制造玻璃的主要原料是石灰石、純堿和石英,制造水泥的主要原

料是石灰石、石膏和黏土,C項錯誤;反應Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑,不是在溶液中進行的,利用的是難揮發(fā)性酸制備易揮發(fā)性酸的原理,事實上碳酸

的酸性強于硅酸,在溶液中碳酸可以制硅酸,D項錯誤。規(guī)律總結(1)玻璃中含有二氧化硅,因此氫氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氫氟酸不用

玻璃瓶而用塑料瓶。(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶。題組二新型無機非金屬材料3.硅是構成無機非金屬材料的一種主要元素,下列有關硅的化合物的敘述錯

誤的是

()A.氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料,其化學式為Si3N4B.碳化硅(SiC)的硬度大、熔點高,可用于制作高溫結構陶瓷和軸承C.光導纖維是一種新型無機非金屬材料,其主要成分為SiO2D.二氧化硅為立體網狀結構,其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數之比為1∶2解析

D項,在SiO2晶體中,1個硅原子與周圍4個氧原子形成4個硅氧單鍵,

錯誤。D4.化學與社會、生活、技術密切相關。下列相關說法正確的是

()A.二氧化硅是太陽能電池板的主要材料,太陽能替代化石燃料有利于節(jié)約資

源、保護環(huán)境B.ClO2代替Cl2作消毒劑,不僅能夠提高消毒效率,而且可以減少有害物質的產生C.玉米、稻谷、大豆等農產品不僅富含天然有機高分子化合物,而且是重要

的釀酒原料D.“刀耕火耨”描述了我國遠古時期利用草木灰作肥料,該肥料宜與磷酸銨

混合施用B解析

太陽能電池板的主要材料是晶體硅,故A錯誤;ClO2代替Cl2作消毒

劑,相同條件下轉移電子數更多,能提高消毒效率,且減少有害物質的產生,故

B正確;大豆中富含蛋白質,不屬于糖類,不能作釀酒原料,故C錯誤;草木灰的

主要成分是碳酸鉀,碳酸鉀溶液呈堿性,N

與OH-作用產生氨氣,使肥效降低,草木灰不宜與磷酸銨混合施用,故D錯誤。

1.(2020浙江7月選考,9,2分)下列說法不正確的是

()A.高壓鈉燈可用于道路照明B.SiO2可用來制造光導纖維C.工業(yè)上可采用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得粗銅D.BaCO3不溶于水,可用作醫(yī)療上檢查腸胃的鋇餐D解析

A項,高壓鈉燈透霧能力強,可用于道路照明,正確;B項,光導纖維的

主要成分為SiO2,正確;C項,工業(yè)上可采用主要成分為CuFeS2的黃銅礦來高溫

冶煉制備粗銅,正確;D項,BaCO3會與胃酸反應,產生劇毒重金屬離子——Ba2+,

故BaCO3不可用作檢查腸胃的鋇餐,錯誤。2.(2019浙江4月選考,25,2分)白色固體混合物A,含有KCl、CaCO3、Na2CO3、

Na2SiO3、CuSO4中的幾種,常溫常壓下進行如下實驗。

下列推斷不正確的是

()A.無色溶液B的pH≥7B.白色固體F的主要成分是H2SiO3C.混合物A中有Na2SiO3、CuSO4和CaCO3D.在無色溶液B中加HNO3酸化,無沉淀;再滴加AgNO3,若有白色沉淀生成,說明混合物A中有KCl

C解析

固體C中加過量HNO3,有白色固體F,說明F不溶于HNO3,F的主要成

分應為H2SiO3(還有H4SiO4、SiO2),說明A中一定含Na2SiO3,且含有能和Na2SiO3生成沉淀的物質(否則A中加足量水時Na2SiO3會全部進入B中導致無H2SiO3生成),在所給物質中只有CuSO4能與Na2SiO3反應生成CuSiO3沉淀,結合C中加過量HNO3有藍色溶液E生成,說明A中一定有CuSO4。另外,C中加過量HNO3

有無色氣體D生成,說明C中有碳酸鹽沉淀,可能是CaCO3或CuCO3或兩者都

有,則A中一定至少含有CaCO3和Na2CO3中的一種。因A中加水得無色溶液B,

說明A溶于水時,Cu2+完全沉淀進入C中,若A中的Na2SiO3及可能存在的Na2CO3

與CuSO4恰好完全反應,則得到的無色溶液B的pH=7,若A中的Na2SiO3及可能存在的Na2CO3過