第2講含硅礦物與信息材料

1、專題四 常見的非金屬及其化合物第2講 含硅礦物與信息材料【考綱要求】1、 了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2、 了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3、 以新材料、新技術(shù)為背景考查C、Si單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用?！窘虒W過程】一、碳、硅1. C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途(1)碳在自然界既有 態(tài)又有 態(tài)。碳的同素異形體有 、 、無定形碳、 等。(2)硅在地殼中的含量占第 位，僅次于 ，全部以 態(tài)存在，是一種親 元素，單質(zhì)硅有 和 形兩種。晶體硅是良好的 材料，在計算機等電子工業(yè)，可用作 、大規(guī)模 等。硅是人類將 能轉(zhuǎn)化為 能的常用材料，所以硅還

2、用于制造 。Fe2O3：_碳、硅在參與化學反應(yīng)時，一般表現(xiàn)還原性與O2反應(yīng) O2(足量)：O2(不足)：與氧化物反應(yīng) SiO2： CO2： 2C、Si的化學性質(zhì) 與強氧化性酸反應(yīng) 濃H2SO4：濃HNO3： (1)C(2)Si 與非金屬單質(zhì) O2： F2：Si2F2=SiF4 Cl2：Si2Cl2 SiCl4 與氫氟酸反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2 二、硅酸、硅酸鹽1.硅酸硅酸 溶于水，其酸性比碳酸 ，硅酸 (填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。(1)硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解： (2)硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學方程式為： 。(3)硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分

3、能力強，常用作 。2.硅酸鹽(1)硅酸鹽由 元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鈉硅酸鈉水溶液俗稱 ，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。(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 ，石棉(CaMg3Si4O12)可表示為 。3傳統(tǒng)無機非金屬材料(1)普通玻璃主要原料： 。生產(chǎn)中主要化學方程式為 。主要成分： 、 、 。(2)普通硅酸鹽水泥主要原料： 、 。主要成分(寫出名稱和化學式)： 。主要性能： 。(3)陶瓷主要是傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷，它們都是以黏土為原料，經(jīng)高溫燒結(jié)而成。迷津指點(1)

4、注意：對于Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2和Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3兩個反應(yīng)，我們應(yīng)從不同角度來理解，反應(yīng)是在高溫條件下進行，且高溫下生成的CO2氣體揮發(fā)，促進了反應(yīng)的進行，它符合在高溫下由不揮發(fā)性的酸酐置換揮發(fā)性酸酐的反應(yīng)規(guī)律，而反應(yīng)，把CO2氣體通入Na2SiO3溶液，由于H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性弱，且硅酸的溶解度很小，因而促進了反應(yīng)的進行，此反應(yīng)是在溶液中進行的復(fù)分解反應(yīng)，符合強酸制弱酸的規(guī)律。(2)玻璃的形態(tài)：玻璃不是晶體，沒有固定的熔點，屬于玻璃態(tài)物質(zhì)。固體物質(zhì)從結(jié)構(gòu)上看主要分為三類：晶體、無定形態(tài)和玻璃態(tài)。所謂玻璃態(tài)物質(zhì)是指介于晶體

5、和無定形態(tài)之間的一種物質(zhì)形態(tài)。玻璃態(tài)的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點是：它的粒子不像晶體那樣有嚴格的空間排列，但又不像無定形態(tài)物質(zhì)那樣無規(guī)則排列。玻璃所具有的這種結(jié)構(gòu)特征，決定了它沒有固定的熔點，而是加熱到某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，進而變成液態(tài)?？键c精講考點一碳、硅及其化合物的特性1碳、硅元素單質(zhì)及其化合物的特性(1)一般情況，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點低，硬度小，但硅、金剛石熔、沸點高，硬度大，其中金剛石為硬度最大的物質(zhì)。(2)一般情況，非金屬元素單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導體，石墨為電的良導體。(3)一般情況，較強氧化劑較強還原劑=較弱氧化劑較弱還原劑，而碳卻還原出比它更強的還原劑：SiO22CSi2CO，F(xiàn)eOC

6、FeCO。(4)非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般是非金屬既作氧化劑又作還原劑，而Si與堿溶液反應(yīng)卻只作還原劑：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(5)一般情況，較活潑金屬酸鹽氫氣，然而Si是非金屬，卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2。(6)一般情況，堿性氧化物酸鹽水，SiO2是酸性氧化物卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O(SiF4不屬于鹽)。(7)無機酸一般能溶于水，而H2SiO3及H4SiO4卻難溶于水。(8)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但高溫下：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2也能發(fā)生(

7、CO2離開反應(yīng)體系)。(9)一般情況，非?；顫姷慕饘?Na、K等)才能夠置換出水中的氫，但CH2O(g) COH2。(10)一般情況，酸性氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，如CO2H2O H2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。2硅與鋁的相似性及區(qū)別(1)與強堿溶液反應(yīng)時相似Si、Al均與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和H2。SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3Al(OH)3均與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水。Na2SiO3、NaAlO2溶液通入過量CO2均生成白色沉淀。(2)區(qū)別除氫氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不與其他酸反應(yīng)。Al2O3、Al(OH)3屬兩性化合物。Na2SiO3溶液、

8、NaAlO2溶液與過量鹽酸反應(yīng)時現(xiàn)象不同。3CO的檢驗向待檢驗溶液中滴加一定量的Ca2或Ba2的可溶性鹽溶液，有白色沉淀生成，再加入適量的強酸，白色沉淀溶解且生成無色、無味的氣體，則待檢溶液中有CO。特別提醒(1)不能用Ca(OH)2溶液和Ba(OH)2溶液檢驗CO和HCO，原因是OH將HCO轉(zhuǎn)化為CO；(2)加酸后可根據(jù)氣體是否有氣味排除SO的干擾；(3)不能只用加酸看是否有無色無味氣體產(chǎn)生的方法檢驗，因CO與HCO兩種離子都有該現(xiàn)象發(fā)生。例1 下列敘述正確的是()A因為Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，所以硅酸的酸性比碳酸強B碳和硅都是A族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性質(zhì)相

9、似C二氧化硅既溶于氫氧化鈉溶液又溶于氫氟酸，所以二氧化硅是兩性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反應(yīng)生成硅酸即時鞏固 下列關(guān)于二氧化硅的說法是否正確？解釋其理由。A二氧化硅分子由1個硅原子和2個氧原子構(gòu)成。B二氧化硅又叫硅酐。C二氧化硅與水化合生成對應(yīng)水化物硅酸。D二氧化硅為酸酐，與堿反應(yīng)不與酸反應(yīng)。E二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)生成CO2，所以硅酸酸性比碳酸強?？键c二二氧化碳和二氧化硅二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物，其結(jié)構(gòu)和主要性質(zhì)可比較如下：物質(zhì)二氧化硅二氧化碳化學式SiO2CO2主要物理性質(zhì)硬度 ，熔、沸點 ，常溫下為固體， 溶于水熔、沸點 ，常溫下為氣體，_ 溶于水

10、化學性質(zhì)與水反應(yīng) 不反應(yīng) _與酸不反應(yīng) SiO24HF=_不反應(yīng) 與堿反應(yīng)_；盛堿液的試劑瓶用 塞 _或_化學性質(zhì)與鹽 反應(yīng)SiO2Na2CO3_；利用SiO2的 性 Ca(ClO)2CO2H2O=_；CO2 Na2CO3H2O=_與堿性氧化物反應(yīng) SiO2CaO_ CO2CaO_ 思考1有人認為SiO2既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)，所以認為它是一種兩性氧化物，你同意這種看法嗎？思考 2反應(yīng)Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，說明H2CO3的酸性強于H2SiO3。反應(yīng)Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2，能否說明H2SiO3的酸性強于H2CO3？例2 物質(zhì)A是一種高熔點化合

11、物，不溶于硫酸、硝酸等強酸。A與純堿熔融反應(yīng)，生成化合物B，同時放出氣體C；把氣體C通過B的溶液中，則得到化合物D；D在干燥空氣中轉(zhuǎn)變?yōu)榛衔顴；將E加熱又得到化合物A。試寫出A、B、C、D、E的化學式：A_、B_、C_、D_、E_。實驗探究高純硅的制取實驗高純硅在科技進步、信息革命、新能源研究等方面起到了至關(guān)重要的作用。在各類考試中，有關(guān)高純硅的制取問題，一直是命題的熱點。實驗探究1 單質(zhì)硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度為450500)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯

12、化硅的裝置圖：相關(guān)信息如下：四氯化硅遇水極易水解硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點/57.712.8315熔點/70.0107.2升華溫度/180300162請回答下列問題：(1)裝置A中g(shù)管的作用是_；裝置C中的試劑是_。(2)甲方案：f接裝置；乙方案：f接裝置。但是裝置、都有不足之處，請你評價后填寫下表。方案優(yōu)點缺點甲乙(3)在上述(2)的評價基礎(chǔ)上，請你設(shè)計一個合理方案并用文字表達： 。(4)SiCl4與H2反應(yīng)的化學方程式為 。實驗探究2 晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步

13、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(yīng)制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2SiHCl3與過量H2在1 0001 100反應(yīng)制得純硅已知SiHCl3能與H2O強烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答下列問題：(1)第步制備粗硅的化學反應(yīng)方程式為_。(2)粗硅與HCl反應(yīng)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(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：裝置B中的試劑是_。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_。反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的

14、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(yīng)的化學方程式為_。為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。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)是_。a.碘水號 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液高考集訓題組一 碳及其化合物1.（2008全國理綜，8）對于A族元素，下列敘述中不正確的是（ ）A. SiO2和CO2中，Si和O，C和O之間都是共價鍵B.C、Si和Ge的最外層電子數(shù)都是4，次外層電子數(shù)都是8C.CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定條件下都能和

15、氧化鈣反應(yīng)D.該族元素的主要化合價是+4和+22.(2007上海理綜，53)目前，關(guān)于二氧化碳是否為大氣污染物有不同的觀點。認為“二氧化碳不是大氣污染物”的理由是 （ ）二氧化碳是重要的化工原料 二氧化碳是植物光合作用的必需原料 二氧化碳是無色、無味、無毒的氣體除二氧化碳外，甲烷、一氧化二氮也是溫室氣體A. B. C. D.題組二硅及其化合物3. 判斷下列說法是否正確：(1)SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng) ( ) (2010山東理綜13A)(2)A.二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料 ( )B.水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 ( ) (2010江蘇4A、B)(3)可以用Si3N4、A

16、l2O3制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷制品 ( ) (2010天津理綜2B)(4)二氧化硅的分子式是SiO2 ( ) (2010上海2B)4(2009廣東理基，22)下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是()硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導纖維陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A B C D5. (2009重慶理綜，6)材料與化學密切相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯誤的是 ()材料主要化學成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅6. (2009四川理綜，6)開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料

17、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7. (2007廣東，6)下列說法正確的是 ()A.硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊B.工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C.水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)8. (2010上海，23改編)胃舒平主要成分是氫氧化鋁，同時含有三硅酸鎂(Mg2Si3O8nH2O)等化合物。(1)三硅酸鎂的氧化物形式為_。(2)某元素與鋁元素同周期且原子半徑比鎂原子半徑大，該元素離子半徑比鋁離子半徑_(填“大”或“小”)，該元素和鋁元素的最高價氧化物的水化物之間發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_。(3) Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是_。a.Al2O3、MgO和SiO2都不溶于水b.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固體c.Al2O3、MgO和SiO2都是氧化物d.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔點題組三化工工藝流程分析9. (2008廣東，23)硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)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(yīng)方程式_。整個制備過程必須嚴格控制