第7講含硅礦物與信息材料

第7講含硅礦物與信息材料【考綱要求】

1.了解碳、硅元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質(zhì)及其應(yīng)用。2.了解碳元素和硅元素的重要化合物對環(huán)境的影響?？键c突破真題體驗考點突破梳理、講解、訓(xùn)練一站式突破知識梳理考點一碳、硅單質(zhì)及其氧化物的性質(zhì)1.存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途化合態(tài)碳硅存在形態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)__________________結(jié)構(gòu)金剛石:

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)空間網(wǎng)狀物理性質(zhì)金剛石熔點

、硬度___石墨熔點高、質(zhì)軟,有滑膩感晶體硅為灰黑色固體,有金屬光澤、硬度

、熔點______用途

用做切割刀具,

用做電極、鉛筆芯晶體硅用做

材料、硅芯片和硅太陽能電池高大大高金剛石石墨半導(dǎo)體微點撥(1)碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致物理性質(zhì)不同,但化學(xué)性質(zhì)相似。(2)同素異形體之間的轉(zhuǎn)化是化學(xué)變化,但不是氧化還原反應(yīng)。2.碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(寫化學(xué)方程式)微點撥(1)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應(yīng),但硅能與HF反應(yīng)。(2)非金屬單質(zhì)跟堿溶液作用一般無H2產(chǎn)生,但硅能與堿溶液作用放出H2。3.硅的工業(yè)制取(1)次氯酸原料

→

石英砂和焦炭制備

提純

微點撥(1)用焦炭還原SiO2,產(chǎn)物是CO而不是CO2,但反應(yīng)需隔絕空氣(或O2)。(2)粗硅中含碳等雜質(zhì),與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中也含CCl4等雜質(zhì),經(jīng)過分餾提純SiCl4后,再用H2還原,得到高純度硅。4.CO2和SiO2的比較二氧化碳二氧化硅結(jié)構(gòu)存在單個CO2分子

結(jié)構(gòu),不存在單個分子主要物理性質(zhì)熔、沸點低,常溫下為氣體,___溶于水硬度

,熔、沸點

,常溫下為

體,

溶于水空間立體網(wǎng)狀能大高固不橡膠【思維診斷】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在。()(2)Si→SiO2→H2SiO3均能一步轉(zhuǎn)化。()(3)SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)又能和氫氟酸反應(yīng),所以是兩性氧化物。()提示:(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×(8)√(5)SiO2既能與KOH溶液反應(yīng)又能與濃鹽酸反應(yīng)。(

)(6)不能用SiO2與水反應(yīng)的方法來制取硅酸,不能用瓷坩堝來加熱燒堿或純堿使其熔化。(

)(7)元素C的單質(zhì)只存在金剛石和石墨兩種同素異形體。(

)(8)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀?

)考點演練考向一碳、硅的性質(zhì)及用途解析:氫氟酸能與玻璃中的SiO2反應(yīng),A正確;單晶硅也可將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能,B錯誤;高溫下NaOH能與瓷坩堝中的SiO2反應(yīng),C正確;沙子的主要成分是SiO2,與碳反應(yīng)時得到的是CO,D正確。B1.下列有關(guān)說法中錯誤的是(

)A.氫氟酸不能盛放在玻璃試劑瓶中B.單晶硅可將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,但不能將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能C.灼燒NaOH固體時不能使用瓷坩堝,因瓷坩堝中的SiO2能與NaOH反應(yīng)2.下列有關(guān)硅的敘述中,正確的是(

)A.工業(yè)上通常以SiO2為原料,用氧化劑與其反應(yīng)制備單質(zhì)硅B.硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素,硅在地殼中的含量在所有的元素中居第一位C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,在自然界中可以以游離態(tài)存在D.硅在電子工業(yè)中,是重要的半導(dǎo)體材料D碳、硅單質(zhì)的特殊性練后反思1.一般情況下,非金屬元素的單質(zhì)熔、沸點低,硬度小,但晶體硅、金剛石熔沸點高、硬度大,其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。2.非金屬單質(zhì)大多為絕緣體,但硅為半導(dǎo)體,石墨為電的良導(dǎo)體?？枷蚨璧闹苽銪4.由二氧化硅制高純硅的流程如下,下列判斷中錯誤的是(

)A.①②③均屬于氧化還原反應(yīng)B.H2和HCl均可循環(huán)利用C.SiO2是一種堅硬難熔的固體D.SiHCl3摩爾質(zhì)量為135.5gD練后反思1.不要混淆二氧化硅和硅的用途:用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2,用于制作半導(dǎo)體材料、計算機芯片的是晶體硅。2.水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽;珍珠的主要成分是CaCO3;鉆石是金剛石;寶石的主要成分是Al2O3?？枷蛉?、硅氧化物的性質(zhì)及應(yīng)用B5.二氧化硅廣泛存在于自然界中,在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a～e是對①～⑤反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用進行判斷,其中正確的是()a.反應(yīng)①中SiO2作為玻璃的成分被消耗,用于刻蝕玻璃b.反應(yīng)②中SiO2表現(xiàn)出氧化性c.反應(yīng)③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性d.反應(yīng)④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性酸酐的原理e.反應(yīng)⑤中SiO2未參加氧化還原反應(yīng)A.ace B.bde C.cde D.ab解析:通常用氫氟酸來刻蝕玻璃,與之對應(yīng)的反應(yīng)是③,該反應(yīng)不是酸性氧化物的通性,因此a、c判斷錯誤;反應(yīng)②是一個置換反應(yīng),其中二氧化硅被還原,表現(xiàn)出氧化性,b判斷正確;反應(yīng)④用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳,d判斷正確;反應(yīng)⑤中碳的化合價由0價變?yōu)?4價和+2價,硅的化合價和氧的化合價都沒有改變,因此二氧化硅沒有參加氧化還原反應(yīng),e判斷也正確。6.(2018·河南信陽模擬)為檢驗二氧化碳氣體中是否混有一氧化碳,某課外興趣小組的同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。根據(jù)裝置回答問題:(1)A裝置的作用是

。

(2)實驗后怎樣處理尾氣

,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(3)若實驗時觀察到__________________________________________________

,

則證明原氣體中一定含有一氧化碳。解析:(1)除去混合氣體的CO2時,可先將混合氣體通入盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶中,故A裝置的作用是吸收CO2,以排除對后面實驗的干擾。(2)CO有毒,故將CO點燃生成CO2才能排放到空氣中。(3)要檢驗CO2中是否含有CO要先除凈CO2,然后再結(jié)合CO的性質(zhì)和反應(yīng)產(chǎn)物的成分判斷。答案:(3)B中無明顯現(xiàn)象,裝置C中黑色粉末變成光亮的紅色,D中澄清石灰水變渾濁(1)吸收CO2考點二硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料知識梳理1.硅酸難弱2.硅酸鹽(1)硅酸鈉①白色、可溶于水的粉末狀固體,其水溶液俗稱

,有黏性,水溶液顯堿性。水玻璃③用途:黏合劑(礦物膠),耐火阻燃材料。(2)硅酸鹽組成的表示方法: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

。K2O·Al2O3·6SiO23.無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料①常見硅酸鹽材料比較石灰石、黏土水泥普通玻璃陶瓷生產(chǎn)原料_______________________________黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯純堿、石灰石、石英砂(2)新型無機非金屬材料①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷:如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強的抗化學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。②生物陶瓷:對機體無排異反應(yīng),不會引起代謝作用異常。③壓電陶瓷:具有壓電效應(yīng)。Na2SiO3+CO2↑CaSiO3+CO2↑【思維診斷】1.判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型無機非金屬材料。(

)(2)水玻璃是一種特殊的玻璃,泡花堿屬于堿。(

)(3)Na2CaSi6O14可以寫成Na2O·CaO·6SiO2。(

)(4)燒結(jié)黏土制陶瓷,不涉及化學(xué)反應(yīng)。(

)(5)高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點。(

)提示:(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)√

提示:(6)×

(7)√

(8)×2.如何由SiO2制備H2SiO3?用化學(xué)方程式表示?？键c演練考向一硅酸鹽及無機非金屬材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、用途1.大多數(shù)物質(zhì)的俗名是根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)或用途得來的。下列物質(zhì)的俗名與化學(xué)式或用途不相符的一組是(

)A選項俗名主要成分(化學(xué)式)用途A石英SiO2集成電路B純堿Na2CO3制備玻璃C水玻璃Na2SiO3制備硅膠D鐵紅Fe2O3用做油漆和涂料解析:石英主要用于生產(chǎn)玻璃和光導(dǎo)纖維等,晶體硅才用于制作集成電路。2.世界著名的科技史專家李約瑟博士考證說:“中國至少在距今3000年以前,就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)玻璃的說法錯誤的是(

)A.制造普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石和石英砂B.盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞C.玻璃在加熱熔化時有固定的熔點D.普通玻璃的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅C解析:工業(yè)上生產(chǎn)玻璃的原料有:純堿、石灰石和石英砂,故A正確;二氧化硅屬于酸性氧化物,可以和強堿氫氧化鈉反應(yīng),生成硅酸鈉,具有黏性,能將瓶口和瓶塞粘在一起,所以盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞,故B正確;玻璃的成分是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅,屬于混合物,在加熱熔化時沒有固定的熔沸點,故C錯誤;D正確?？枷蚨どa(chǎn)中碳、硅及其化合物的轉(zhuǎn)化C3.下列變化中,不能一步實現(xiàn)的是(

)C4.如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程,下列說法正確的是(

)A.SiO2屬于兩性氧化物B.盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞C.硅膠吸水后可重復(fù)再生D.圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng)解析:SiO2是酸性氧化物,A錯誤;Na2CO3溶液呈堿性,試劑瓶不能用玻璃塞,B錯誤;題圖中有的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應(yīng),例如SiO2與NaOH溶液的反應(yīng),D錯誤。強化突破6二氧化碳與堿或鹽溶液反應(yīng)產(chǎn)物的判斷要點解讀1.與堿溶液的反應(yīng)產(chǎn)物的判斷(1)CO2與單一組分反應(yīng)(如CO2通入NaOH溶液)②反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷也可用數(shù)軸來表示:(2)與混合溶液反應(yīng)的判斷當有多種組分與一種物質(zhì)反應(yīng)時,判斷反應(yīng)順序的方法:先假設(shè)與其中的一種組分反應(yīng),若產(chǎn)物還能與另一種組分反應(yīng),則假設(shè)錯誤。如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中,假設(shè)CO2先與KOH反應(yīng),則生成的K2CO3會與Ba(OH)2繼續(xù)反應(yīng)生成BaCO3,故假設(shè)錯誤,應(yīng)該是CO2先與Ba(OH)2反應(yīng)。2.CO2與鹽溶液反應(yīng)產(chǎn)物或現(xiàn)象的判斷一般從強酸制弱酸的角度去分析。由于碳酸比硅酸、次氯酸、苯酚、Al(OH)3(四羥基合鋁酸)的酸性強,能用CO2制取上述弱酸,常涉及的變化如下(注意CO2的用量多少):對點專訓(xùn)B2.將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中,生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是(

)DA3.(2018·河北邢臺質(zhì)檢)將足量CO2氣體通入水玻璃中,然后加熱蒸干,再在高溫下充分灼燒,最后得到的固體物質(zhì)是(

)A.Na2SiO3

B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2B解析:CO2優(yōu)先與Ba(OH)2反應(yīng)(圖象中O～a段),然后與KOH反應(yīng)(圖象中a～b段),接著與KAlO2反應(yīng)(圖象中b～c段),再與K2CO3反應(yīng)(圖象中c～d段),最后與BaCO3反應(yīng)(圖象中d～e段)。真題體驗考題、考向、考法感悟中升華答案:(1)√

(2)×

(3)√答案:(4)√

(5)√

(6)√

(7)×2.(2017·北京卷,9)我國在CO2催化加氫制取汽油方面取得突破性進展,CO2轉(zhuǎn)化過程示意圖如下:下列說法不正確的是(

)A.反應(yīng)①的產(chǎn)物中含有水B.反應(yīng)②中只有碳碳鍵形成C.汽油主要是C5～C11的烴類混合物D.圖中a的名稱是2-甲基丁烷解析:A項,CO2與H2生成烴,烴中無氧,所以反應(yīng)會有H2O生成;B項,生成的烴中除了含有碳碳鍵,還有碳氫鍵;C中汽油成分和D中有機物的命名都正確。B3.(2017·全國Ⅱ卷,26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示:回答下列問題:(1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是________________________________________________