新高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 含硅礦物與信息材料 學(xué)案

第二單元含硅礦物與信息材料

111

1了.解硅在自然界的存在形式,考點(diǎn)一碳、硅1?宏觀辨識(shí)與微觀探析：從晶體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)類型、化合

2掌.握碳、硅及其化合物（SiO2和NazSiCh為及其氧化物的價(jià)等方面多角度、多層次地分析、認(rèn)知碳、續(xù)元素的單

例）的重要性質(zhì)和工業(yè)制備高純硅的方法件質(zhì)及應(yīng)用質(zhì)及其重要化合物

----------

3.r解三大硅酸鹽產(chǎn)品：水泥、陶瓷、?？键c(diǎn)二硅酸、2.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：以無機(jī)非金屬材料為載體贊賞

璃及碎、二氧化硅在信息技術(shù)、材料科學(xué)硅酸鹽和無機(jī)化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；r解二氧化碳對(duì)環(huán)境的影

等領(lǐng)域中的應(yīng)用:非金帆材料響.樹s低碳綠色可持續(xù)發(fā)展意識(shí),

考點(diǎn)一碳、硅及其氧化物的性質(zhì)及應(yīng)用

必備知識(shí)排查

【梳理自查】

一、碳、硅的性質(zhì)

1.碳、硅的結(jié)構(gòu)及存在:

元素碳硅

原子結(jié)構(gòu)示意圖?})}

金剛石:空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)晶體硅:與金剛石類似的空間網(wǎng)狀

單質(zhì)的結(jié)構(gòu)

石墨:層狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

元素在自然界中

既有游離態(tài)又有化合態(tài)只有化合態(tài)

的存在形式

2.碳、硅的物理性質(zhì)和用途:

物質(zhì)石墨金剛石晶體硅

黑色鱗片有金屬光澤的

外觀無色晶體

狀固體灰黑色固體

自然界中

硬度很小硬度大

硬度最大

導(dǎo)電性導(dǎo)體不能導(dǎo)電半導(dǎo)體

用作電極、制作制作信息技術(shù)材料,是半導(dǎo)體晶體管、硅芯片

用途

鉛筆芯首飾等及太陽能電池等的主要成分

3.碳和硅的化學(xué)性質(zhì)——還原性:

CuH2SiF4

寫出①?⑥的化學(xué)方程式：

CD2C+O2—2C0;(2X；02+C—2C0;

③CuO+C々u+COt;

④C+H2O(g)/0+慶(制水煤氣);

⑤Si+4HF-SiF"+2H2t;

⑥Si+2NaOH+H2。-NazSi()3+2H21。

4.硅的工業(yè)制法及提純：

_____①焦巴____②氯&_____③氫&______

石英砂|高溫1粗硅|加熱［siCl］高溫［高純硅

涉及的化學(xué)方程式：

①SiOz+2聲Si+2cot;

②Si+2ckAiCL;

③SiCL+2H22si+4HCL

二、碳、硅的氧化物

1.性質(zhì)迥異的兩種氧化物—CO?與Si02:

物質(zhì)二氧化硅二氧化碳

與水反應(yīng)不反應(yīng)C02+H20H2C03

只與氫氟酸反

與酸反應(yīng)應(yīng)：Si()2+4HF====不反應(yīng)

SiE,t+2H20

與堿COZ少量：

Si02+2Na0H====Na2Si03+H20(盛

(NaOH)溶液反CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O

堿液的試劑瓶用橡膠塞)

應(yīng)C02足量:C02+Na0H====NaHC03

如與Ca(CIO)2反

如與Na2c反

與鹽反應(yīng)應(yīng):Ca(CIO)2+CO2+H2O====CaCO3

應(yīng):SiOz+Na2cONa2si03+C02t

1+2HC10

與堿性氧化物如與CaO反如與Na20反應(yīng):C02+Na20—

反應(yīng)應(yīng)：SiOz+CaO.CaSiO：,Na2co3

2.硅及其氧化物的特性:

物質(zhì)一般規(guī)律特性

SiO2+2C

硅的還原性比碳強(qiáng)

Si+2C0t

非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)一般不生成

Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2f

Si氫氣

非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反

Si+4HF====SiE.f+2H2t

應(yīng)

一般非金屬單質(zhì)為絕緣體硅為半導(dǎo)體

酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)

Si02Si。?不溶于水,不與水反應(yīng)

的酸

酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解

SiO2+4HF====SiF41+2H.0

反應(yīng)

“較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)

的一般規(guī)律,碳酸酸性大于硅酸Na2cOs+SiOzNazSiCVCO2t

Na2SiO3+CO2+H2O====H2Si03I+Na2C03

【易錯(cuò)辨析】

判斷正誤（正確的打“J”，錯(cuò)誤的打“X”）

（1）CO2通入CaC12或Back溶液有白色沉淀生成。（）

提示：X。CO2通入CaCk或BaCk溶液不會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，因?yàn)樘妓岬乃嵝匀跤邴}

酸。

（2）可以將氫氟酸放在玻璃試劑瓶存放。（）

提示：X。因?yàn)闅浞崤c玻璃中的Si。?反應(yīng)生成氣體SiF”，強(qiáng)烈腐蝕玻璃，氫氟酸

應(yīng)保存在塑料瓶或鉛皿中。

⑶硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)。（）

提示：X。Si與。2反應(yīng)。

（4）單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀＃ǎ?/p>

提示：Vo硅是良好的半導(dǎo)體。

⑸石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅。（）

提示：Vo石英砂的成分為Si（L,可用碳還原得到粗硅，經(jīng)提純得單晶硅。

關(guān)鍵能力提升F

【要點(diǎn)歸納】

制備高純硅涉及的知識(shí)

(1)高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅:

Si0z+2C箜Si(粗)+2C0t

⑵粗硅與干燥HC1氣體反應(yīng)制得SiHCL：

Si(粗)+3HC1—SiHCl3+H2

(3)粗硅與干燥CL反應(yīng)制得SiCL：

Si(粗)+2CL—SiCL

(4)SiHCh與過量乩在高溫下反應(yīng)制得純硅：

SiHCl3+H2—Si(^)+3HC1

(5)SiCL與過量乩在高溫下反應(yīng)制得純硅：

SiCl4+2H2—Si+4HC1

(6)高溫下用金屬鎂還原二氧化硅制得粗硅：

SiO2+2Mg-2MgO+Si

(7)SiHCL>SiCL能與水發(fā)生反應(yīng):

SiHCl3+3H20-H2SiO3；+3HC1+H2t

SiCl4+3H20-H2SiO31+4HC1

(8)Si乩在空氣中易自燃：

SiH4+2O2-Si02+2H20

【典例研析】

【典例】二氯二氫硅(SiH￡h)常用于外延法工藝中重要的硅源。易燃、有毒，與

水接觸易水解，沸點(diǎn)為8.2℃o在銅催化作用下,HC1與硅在250?260℃反應(yīng)可

以制得SiH2c12。

（1）利用濃硫酸、濃鹽酸為原料,選用A裝置制取HC1,利用了濃硫酸的—

性。

（2）D裝置中生成二氯二氫硅的化學(xué)方程式為

（3）按照氣體從左到右的方向，制取SiH2CL的裝置（h處用止水夾夾好）連接順序

為a-（）一（）一（）一（）一（）一（）一（）（填

儀器接口的字母,其中裝置C用到2次）。

（4）按從左到右的順序,前面裝置C中裝的藥品為,后面裝置C

的作用為o

（5）反應(yīng)除生成二氯二氫硅之外，還會(huì)生成乩和、

等。

（6）新的制取SiH2ck的方法是往硅粉中先通入CL在300?350℃反應(yīng)生成SiCL,

然后再與HC1在250?260℃反應(yīng),可以大大提高產(chǎn)率。如果通入氣體順序相反，

結(jié)果會(huì)_____________________________（用化學(xué)方程式表示）。

【解析】（1）濃硫酸有吸水性，使?jié)恹}酸更易揮發(fā)出HC1。（2）利用原子守恒法配

平。（3）A裝置制取HC1,連接C裝置干燥,從f進(jìn)入D中反應(yīng)，SiH2ck從g處揮發(fā)，

在B裝置中收集，SiH2c卜的密度比空氣大，導(dǎo)氣管應(yīng)長進(jìn)短出，為防止空氣中的水

進(jìn)入B中，則應(yīng)在B后接干燥管。（4）前面的裝置C是用來干燥氯化氫氣體的，應(yīng)

選用P2O5或無水CaCb,后面裝置C的作用為尾氣處理和防止空氣中的水進(jìn)入B

中，應(yīng)選堿石灰。（6）如果通入氣體順序相反，SiH2ck會(huì)與Ck繼續(xù)反應(yīng)，生成

SiCL、SiHCLo

250~260P

答案：（1）吸水⑵Si+2HCI?SiH2c）

（3）defgbcd

（4）P2（）5或無水CaCIz尾氣處理和防止空氣中的水進(jìn)入B中

（5）SiCI4SiHCI3

⑹SiH2cl2+2Cl22siCl4+2HCI（或SiH2CI2+CI2-SiHCI3+HCI）

【新題快遞】

1.下列說法不正確的是（）

2可用來制造光導(dǎo)纖維

3不溶于水,可用作醫(yī)療上檢查腸胃的銀餐

【解析】選D。高壓鈉燈發(fā)出的光射程遠(yuǎn)、透霧能力強(qiáng)，所以高壓鈉燈可用于道

路照明，A正確；二氧化硅傳導(dǎo)光的能力非常強(qiáng)，用來制造光導(dǎo)纖維,B正確；黃銅

礦高溫燃燒生成粗銅、氧化鐵和二氧化硫,C正確；碳酸領(lǐng)不溶于水，但溶于酸，

碳酸鎖在胃酸中溶解生成的領(lǐng)離子為重金屬離子，有毒，不能用作領(lǐng)餐,領(lǐng)餐用

硫酸領(lǐng)，D錯(cuò)誤。

2.（2021?大慶市模擬）硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法錯(cuò)誤的是

2反應(yīng),可用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記

2硬度大,故可用于制造光導(dǎo)纖維

【解析】選D。A.太陽能電池的主要原料是硅單質(zhì)，能將太陽能轉(zhuǎn)換為電能,A正

確；B.工業(yè)上用碳還原二氧化硅制備單晶硅,B正確；C.氫氟酸能和二氧化硅反應(yīng)

生成四氟化硅和水，所以可用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記，故C正確；D.二氧化

硅具有良好的光學(xué)性質(zhì)因此用于制造光導(dǎo)纖維,D錯(cuò)誤。

3.諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)曾授予“光纖之父”英國華裔科學(xué)家高銀以及兩位美國科學(xué)

家威拉德?博伊爾和喬治?史密斯。光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅,下列關(guān)于

二氧化硅的說法正確的是（）

A.二氧化硅是酸性氧化物,因此能與水反應(yīng)生成硅酸

B.用二氧化硅制取單質(zhì)硅時(shí)，當(dāng)生成2.24L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)，得到2.8g硅

C.6g二氧化硅中含有0.2mol共價(jià)鍵

D.二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時(shí)發(fā)生反應(yīng)

【解析】選D。A項(xiàng)，Si。?不與水反應(yīng)；B項(xiàng)，SiOz+2C螞Si+2cot,可知當(dāng)生成標(biāo)準(zhǔn)

狀況下2.24L氣體時(shí),得到1.485壬（；項(xiàng)，68$102為0.1mol,含有0.4molSi—0

鍵；D項(xiàng)正確。

4.單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料,可由X通過如圖所示的路線制備,其中X為Z

的氧化物,Y為氫化物,分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似，回答下列問題：

（1）能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是;由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為

（2）由Mg2Z生成Y的化學(xué)方程式為_

Y分子的電子式為。

【解析】Z為半導(dǎo)體單質(zhì)，則Z是Si;其氧化物為二氧化硅，即X為SiO?可與氫

氟酸反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)的流程圖可知，二氧化硅與Mg反應(yīng)生成Mg2Si,Mg2Si與鹽酸

H*

??

反應(yīng)生成的Y為氫化物，則Y的分子式是SiH其電子式為“：SiH,加熱分解

b??

H?

可得到Si單質(zhì)。

答案：(1)氫氟酸Si02+4Mg-2MgO+Mg2Si

H?

??

(2)MgSi+4HCl-2MgCl+SiH.,H\SiH

22??

H?

5.下列各單質(zhì)和化合物之間有以下轉(zhuǎn)化關(guān)系,而且各單質(zhì)和化合物組成的元素

皆為1?18號(hào)元素。

_L單

質(zhì)

A

一

根據(jù)上述關(guān)系判斷：

(1)單質(zhì)A是(填名稱)。

⑵各化合物的化學(xué)式：

甲,乙,丙,T—

⑶單質(zhì)A和NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為一

_O

(4)化合物乙與過量鹽酸反應(yīng)的離子方程式為

O

【解題指南】解答本題需注意以下兩點(diǎn)：

(1)注意突破口：單質(zhì)A能與NaOH溶液反應(yīng)生成乩,A形成化合物甲也能與NaOH

反應(yīng)且生成2種化合物,可推知A為A1或Si。

(2)乙與過量鹽酸反應(yīng)生成丁,丁分解生成甲和丙,則乙只能是Na2Si03o

【解析】解題的突破口是1?18號(hào)元素的單質(zhì)A與NaOH溶液反應(yīng)生成氫氣C,

此元素可能是A1或Si,而產(chǎn)生的化合物乙與過量鹽酸反應(yīng)生成的化合物丁能失

去化合物丙生成化合物甲，則進(jìn)一步推斷出A單質(zhì)只能是Si。又由于單質(zhì)A和化

合物甲都能跟NaOH溶液反應(yīng)，都生成化合物乙(NazSiOs),只不過A的另一種產(chǎn)物

是氫氣，而化合物甲的另一種產(chǎn)物為化合物丙，丙又可通過氫氣與單質(zhì)B反應(yīng)生

成,故單質(zhì)B為甲為SW,乙為Na2SiO3,丙為乩0,丁為H2Si0so

答案：(1)硅(2)SiO2Na2SiO3H20H2SiO3

2

(3)Si+20H+H20—SiOf+2H2T

2

(4)SiOf+2H—H2SiO3X

考點(diǎn)二硅酸、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料(考試要求:a、b;考查頻率:6年10卷

4考)學(xué)生用書P50

必備知識(shí)排要產(chǎn)

【梳理自查】

一、硅酸、硅酸鹽

1.硅酸的性質(zhì)、制備與應(yīng)用:

空容于水

酸性比碳酸固：

Na:SiO3+CO2+H2O=網(wǎng)04+。2cO3

HaSiQ^SiOz+HiO

可溶性硅酸鹽(如NazSQ)與鹽酸等反應(yīng)

制得(化學(xué)方程式)

NazSiOs+ZHClHHzSiOX阿秒②叱?!

膠體可用作催化劑的載體和袋裝食品、

瓶裝藥品等的干燥劑

2.硅酸鹽：

⑴概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱,是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。

⑵表示方法:硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，常用氧化物的形式表示它們的組成,如硅

酸鈉(Na2SiO3)寫成Na?。?SiCk鉀云母(KH2Al3Si3Ol2)寫成

氏0?3Al2O3?6SiO2?2H2O。

⑶硅酸鈉(NazSiO)——又稱泡花堿。

①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與較強(qiáng)的酸反應(yīng)生成硅酸:如NazSiO,溶液與稀硫酸反

應(yīng):NazSiCVH2sO,一睦論I+Na2s0屋與CO2水溶液反

應(yīng):NazSiOs+COz+lW――論J+Na2c。3。

③用途:黏合劑、耐火阻燃材料。

二、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料

玻璃水泥陶瓷

主要

純堿、石灰石、石英石灰石、黏土黏土

原料

設(shè)備玻璃熔爐水泥回轉(zhuǎn)窯陶瓷窯

生產(chǎn)過程中SiOz+Na2cOsNazSiCVCO2t復(fù)雜的物理、化學(xué)變復(fù)雜的物理、化

的主要變化化學(xué)變化

,CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO21

3CaO,Si02>

Na2SiO3,

主要成分2CaO?Si。?、

CaSiO3,SiO2

CaO,AL0:i

三、新型無機(jī)非金屬材料

材料類別主要特性示例用途

汽輪機(jī)葉片、軸承、永

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫,強(qiáng)度高氮化硅陶瓷

久性模具等

半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性二氧化錫陶瓷集成電路中的半導(dǎo)體

光纜通訊、醫(yī)療、照明

光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維

等

人造骨骼、人造關(guān)節(jié)、

生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷

接骨螺釘

【易錯(cuò)辨析】

判斷正誤（正確的打“J”，錯(cuò)誤的打“X”）

（1）硅膠多孔,吸水能力強(qiáng),常用作袋裝食品的干燥劑和抗氧化劑。（）

提示：義。硅膠只能作干燥劑，不能作抗氧化劑。

（2）用SiCh制取硅酸，將SiOz溶解在水中一段時(shí)間后可得到硅酸。（）

提示：X。Si。?不溶于水也不和水反應(yīng)。

（3）硅膠是硅酸鈉的水溶液失去水后形成的凝膠。（）

提示：Xo硅膠是硅酸鈉的水溶液與酸反應(yīng)生成的。

（4）光導(dǎo)纖維、碳納米管、氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷等都是新型無機(jī)非金屬材料。（

提示：Vo

(5)普通玻璃、石英玻璃、水泥、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品。()

提示：X。石英玻璃、瑪瑙的主要成分為SiOz,不是硅酸鹽產(chǎn)品。

(6)水玻璃是一種特殊的玻璃。()

提示：X。水玻璃是硅酸鈉的水溶液，不是玻璃O

關(guān)鍵能力提及J

【要點(diǎn)歸納】

1.硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系:

H?或

CO，+H，O

Na2SiO3H2SiO3

NaOH

Ca2SiO3

2.硅酸鹽改成氧化物形式的方法：

(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物一較活潑金屬氧化物一二氧化硅一水,

不同氧化物之間以“?”隔開。

(2)各元素的化合價(jià)保持不變,且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零,各元素原子個(gè)數(shù)比符

合原來的組成。

(3)當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。如鉀長石:KAlSisO'不能寫成

11

-K20?-Al203?3SiO2,應(yīng)寫成K20?Al203?6Si02o

【典例研析】

【典例】CasSiO,是硅酸鹽水泥的重要成分之一,其相關(guān)性質(zhì)的說法不正確的是

()

A.可發(fā)生反應(yīng)：Ca：,SiO5+4NHC12CaSiO3+2CaC12+4NH3t+2H,0

2反應(yīng)生成新鹽

【命題意圖】本題主要考查硅酸鹽的性質(zhì)與應(yīng)用。

【解析】選D。將CaSiOs改寫為氧化物形式后的化學(xué)式為3CaO?SiO2,性質(zhì)也可

與NazSiCh相比較。Ca3SiO5-^NH4cl反應(yīng)的方程式為

Ca3Si05+4NH,C1^CaSi03+2CaC12+4NH3f+2H20,A正確；CaO能與水反應(yīng)，所以需要

密封保存,B正確；亞硫酸的酸性比硅酸強(qiáng)，當(dāng)二氧化硫通入CasSiOs溶液時(shí)，發(fā)生

反應(yīng)：3SO2+H2O+Ca3SiO5——3CaSO3+H2SiC)3,C正確；鹽酸的酸性比硅酸強(qiáng)，當(dāng)鹽酸與

Ca：RiO5反應(yīng)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：6HCl+CaS05^—=3CaCl2+H2SiO3+2H2O,D

【新題快遞】

命題角度1.硅酸、硅酸鹽的性質(zhì)和應(yīng)用

1.下列說法正確的是()

a氧化物盟酸或堿NaOH或HC1鹽,硅單質(zhì)可以按上述關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化

B.若a、b、c分別為Si、SiO2>HzSiOs則可以通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)

化關(guān)系

D.青花瓷胎體的原料為高嶺土［AbSizOKOH)］若以氧化物形式可表示為

Al203?Si02?H20

【解析】選C。A項(xiàng)，Si與&反應(yīng)生成SiOz,SiO?不與此0反應(yīng)，“氧化物雪酸或

堿”不能實(shí)現(xiàn)，錯(cuò)誤;B項(xiàng)，bfgcfa均不能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn),錯(cuò)誤;C項(xiàng)，二氧

化碳和二氧化硅都屬于酸性氧化物，都能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水，正確；D項(xiàng),

硅酸鹽可以用鹽的形式或氧化物的形式表示，[AbSizOs(OH)/可表示為

Al203?2SiO2?2H2。,錯(cuò)誤。

2.A、B、C、D、E五種物質(zhì)中均含有同一種非金屬元素，它們能發(fā)生如圖所示的

轉(zhuǎn)化關(guān)系,該元素(用R表示)的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(NazROs)和氫氣。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)寫出各物質(zhì)的化學(xué)式:A;B;

C;D;Eo