（浙江選考）高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點(diǎn)16 含硅礦物與信息材料學(xué)案-人教版高三全冊化學(xué)學(xué)案

考點(diǎn)16含硅礦物與信息材料知識條目必考要求加試要求1.硅在自然界的存在形式aa2.硅及其化合物(以SiO2和Na2SiO3為例)的重要性質(zhì)ab3.工業(yè)制備高純硅的方法ab4.三大硅酸鹽產(chǎn)品：水泥，陶瓷，玻璃aa5.硅、二氧化硅在信息技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用aa6.光導(dǎo)纖維的組成和作用a一、碳、硅單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途1．碳在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)，硅在地殼中的含量占第二位，僅次于氧，全部以化合態(tài)存在。碳的同素異形體有金剛石、石墨、無定形碳、C60等。單質(zhì)硅有晶體和無定形硅兩大類。2．單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大石墨熔點(diǎn)高、質(zhì)軟，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途金剛石用作切割刀具石墨用作電極、鉛筆芯晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料。用于制作半導(dǎo)體芯片和大規(guī)模集成電路，制造光電池二、碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時，一般表現(xiàn)為還原性。1．碳的化學(xué)性質(zhì)(1)與O2反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：O2不足：2C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO；O2充足：C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2。(2)與氧化物反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：與CuO反應(yīng)：2CuO＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2Cu＋CO2↑(可用于金屬的冶煉)；與CO2反應(yīng)：CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO；與水蒸氣反應(yīng)：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2(制水煤氣)。(3)與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：與濃硫酸反應(yīng)：C＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；與濃硝酸反應(yīng)：C＋4HNO3(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CO2↑＋2NO2↑＋2H2O。2．硅的化學(xué)性質(zhì)(1)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：與O2反應(yīng)：Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2；與F2反應(yīng)：Si＋2F2=SiF4；與Cl2反應(yīng)：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4。(2)與氫氟酸反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(3)與強(qiáng)堿反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑?！咎貏e提醒】熟記硅及其化合物的特殊性質(zhì)以及硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系。a．硅單質(zhì)的特殊性(1)非金屬單質(zhì)大多為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。(2)非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，也不跟非氧化性酸作用。但Si既能與堿液作用放出H2：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑，又能與HF作用放出H2：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。b．含硅化合物的特殊性(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它卻不溶于水，也不能直接與水作用制備H2SiO3；(2)酸性氧化物一般不與酸反應(yīng)，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。c．硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖三、二氧化碳和二氧化硅的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個分子存在單個CO2分子主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)①與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2＋H2OH2CO3②與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反應(yīng)③與堿(NaOH)反應(yīng)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶不能用玻璃塞，應(yīng)用橡膠塞)CO2少量：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O；CO2過量：CO2＋NaOH=NaHCO3④與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑如與Na2SiO3反應(yīng)：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)=H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)=H2SiO3↓＋2NaHCO3⑤與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3如與Na2O反應(yīng)：Na2O＋CO2=Na2CO3用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽四、硅酸和硅酸鈉1．硅酸(1)物理性質(zhì)：硅酸是不溶于水的白色沉淀。(2)化學(xué)性質(zhì)：①弱酸性：其酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊溶液變紅色。但硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O。②不穩(wěn)定性：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O。(3)用途：硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強(qiáng)，常用作干燥劑。2．硅酸鈉(Na2SiO3)(1)物理性質(zhì)：白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。(2)化學(xué)性質(zhì)：與酸反應(yīng)(常用此方法來制取硅酸)：與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。與CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。五、硅酸鹽及無機(jī)非金屬材料1．硅酸鹽的表示方法：與大多數(shù)鹽不同，硅酸鹽的組成相當(dāng)復(fù)雜，通常用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2O·SiO2，青石棉Na2Fe5Si8O22(OH)2寫成Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O。2．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料(水泥、玻璃、陶瓷)硅酸鹽工業(yè)水泥普通玻璃陶瓷原料黏土、石灰石純堿、石灰石、石英黏土反應(yīng)原理高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑燒結(jié)時發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化反應(yīng)條件高溫高溫高溫主要成分硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣Na2O·CaO·6SiO2硅酸鹽特性水硬性：無論在水中還是在空氣中均能硬化(不可逆)非晶體，透明，無固定熔點(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)軟化抗氧化，抗酸堿腐蝕，耐高溫，絕緣種類不同標(biāo)號普通玻璃、特種玻璃土器、陶器、瓷器等用途建筑材料化學(xué)儀器、光學(xué)儀器通信器材、窗玻璃等制坩堝、制磚瓦、電器中的絕緣瓷等典型設(shè)備回轉(zhuǎn)瓷玻璃熔爐3.新型無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。六、工業(yè)制備高純硅SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(制粗硅)Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高溫))SiCl4(分離、提純)SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋4HCl(制純硅)【例1】常溫下，下列不發(fā)生反應(yīng)的一組物質(zhì)是()①硅與NaOH溶液②硅與鹽酸③硅與氫氟酸④二氧化硅與碳酸鈉⑤二氧化硅與NaOH溶液⑥二氧化硅與濃硝酸A．①②④B．③④⑥C．②④⑥D(zhuǎn)．②⑤⑥【解析】根據(jù)Si的化學(xué)性質(zhì)可知：①硅與NaOH溶液可反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣；②⑥硅與鹽酸、濃硝酸均不反應(yīng)；③硅與氫氟酸可反應(yīng)生成SiF4和H2；④二氧化硅與碳酸鈉在高溫條件下可反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳；⑤二氧化硅與NaOH溶液可反應(yīng)生成硅酸鈉和水?！敬鸢浮緾【提煉】本題主要考查了硅單質(zhì)和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)，兩者都可以與強(qiáng)堿和HF反應(yīng)，其他酸不反應(yīng)?！纠?】下列說法不正確的是()A．利用高純硅可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能B．高純度的單質(zhì)硅可用于制作計算機(jī)芯片C．SiO2可用于制光導(dǎo)纖維，干冰可用于人工降雨D．陶瓷、磚瓦、玻璃、水泥等都是硅酸鹽產(chǎn)品，所有的硅酸鹽都難溶于水【解析】A、B、C正確，D中硅酸鈉可溶解?！敬鸢浮緿【提煉】本題主要考查了硅、二氧化硅以及硅酸鹽在信息技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。正確辨別含硅物質(zhì)的用途，如硅可用于制作計算機(jī)芯片，可用于制成光電池；二氧化硅可制作光導(dǎo)纖維等通信行業(yè)。大多數(shù)的硅酸鹽難溶，但是硅酸鈉是可溶的?！纠?】下列有關(guān)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，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B．反應(yīng)①Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓，反應(yīng)②Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，兩反應(yīng)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．鉀云母的主要成分為KH2Al3Si3O12，用氧化物形式表示為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O【解析】A．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，正確，硅酸鈉能將磨口玻璃塞黏住，故應(yīng)該用橡皮塞；B.反應(yīng)①是溶液中的離子反應(yīng)，利用的是強(qiáng)酸制弱酸原理；反應(yīng)②是高溫條件下固體間的反應(yīng)，CO2是氣體，逸出反應(yīng)體系，促使反應(yīng)發(fā)生，故不矛盾，都可以發(fā)生；C.普通玻璃和水泥屬于硅酸鹽材料，而石英玻璃的主要成分為SiO2，故錯誤?！敬鸢浮緿【提煉】本題主要考查硅及硅酸鹽材料的相關(guān)性質(zhì)。正確辨別常見材料的主要化學(xué)成分：普通水泥、普通玻璃和陶瓷都是硅酸鹽，石英玻璃的主要化學(xué)成分為SiO2；水晶、瑪瑙的主要化學(xué)成分是二氧化硅；剛玉的主要化學(xué)成分是氧化鋁；珍珠的主要化學(xué)成分是碳酸鈣。復(fù)雜硅酸鹽的書寫順序：較活潑的金屬氧化物－較不活潑的金屬氧化物－SiO2－水。注意各元素的化合價保持不變，各元素原子個數(shù)比不變?！纠?】在下列物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系中，A是一種固體單質(zhì)，且常作半導(dǎo)體材料，E是一種白色沉淀，F(xiàn)是最輕的氣體單質(zhì)。據(jù)此填寫：(1)B的化學(xué)式是________，目前在現(xiàn)代通訊方面B已被用作______________的主要原料。(2)B和a溶液反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________。(3)A和a溶液反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________。(4)C和過量鹽酸反應(yīng)的離子方程式是________________________________________________________________________。【解析】根據(jù)A是固體單質(zhì)是半導(dǎo)體材料可知A為Si，B即為SiO2，是一種光導(dǎo)纖維的主要材料；根據(jù)E是一種白色沉淀，可知E為H2SiO3，C為硅酸鹽(含SiOeq\o\al(2－,3))，F(xiàn)為H2；那么B(SiO2)與強(qiáng)堿反應(yīng)同樣可以得到C硅酸鹽(含SiOeq\o\al(2－,3))和D(H2O)，同時E(H2SiO3)加熱分解可得B(SiO2)和D(H2O)?！敬鸢浮?1)SiO2制光導(dǎo)纖維(2)SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O(3)Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑(4)SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓【提煉】本題主要考查硅元素之間的相互轉(zhuǎn)化。結(jié)合單質(zhì)硅、二氧化硅、硅酸鹽的性質(zhì)、用途以及一些特殊現(xiàn)象，綜合解題?！纠?】晶體硅(熔點(diǎn)1410℃)是良好的半導(dǎo)體材料。由粗硅制純硅的過程如下：Si(粗)eq\o(→,\s\up7(Cl2),\s\do5(460℃))SiCl4蒸餾,SiCl4(純)eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))Si(純)(1)工業(yè)上用焦炭與石英砂在高溫下反應(yīng)制取粗硅，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。上述反應(yīng)中的氧化劑是________，還原劑是________。(2)用焦炭和石英砂制取粗硅為什么要隔絕空氣進(jìn)行？________________________________________________________________________。(3)粗硅與Cl2加熱到460℃時發(fā)生反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________。(4)在1100℃時，SiCl4被H2還原的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(5)如何通過實驗除去SiO2中混有的少量CaCO3雜質(zhì)？________________________________________________________________________。(6)石英既能與NaOH溶液反應(yīng)，又能與氫氟酸反應(yīng)，它是兩性氧化物嗎？試分別寫出它與NaOH溶液、氫氟酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________________________________________________________