专题3 第三单元 含硅矿物与信息材料

专题3第三单元理解·教材新知把握·命题热点应用·落实体验知识点一知识点二命题点一命题点二课下综合检测课堂双基落实第三单元含硅矿物与信息材料1．硅酸盐的化学式常用氧化物形式表示。2．水玻璃是硅酸钠的水溶液。水泥、陶瓷、玻璃为硅酸盐产品。3．SiO2熔点高硬度大，是一种酸性氧化物，SiO2＋CaO=====高温CaSiO3，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。SiO2可用于制造硅单质及光导纤维。4．硅晶体的熔、沸点高，硬度大，常温下比较稳定，与O2、Cl2、HNO3、H2SO4等很难发生反应，硅晶体可用作半导体材料。5．工业制备高纯硅的主要反应有SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，Si＋2Cl2=====高温SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。1．硅在地壳中含量处于什么位置？提示：硅元素在地壳中的含量仅次于氧；居于第2位。2．冶铁工业中，CaCO3称之为造渣剂，炉渣的主要成分是什么？写出相关反应的化学方程式。提示：炉渣主要成分是CaSiO3。CaCO3=====高温CaO＋CO2↑CaO＋SiO2=====高温CaSiO33．氧化物按性质分类，可分为哪几类？并举例说明。提示：酸性氧化物，如CO2、P2O5；碱性氧化物，如Na2O、Fe2O3；两性氧化物，如Al2O3；不成盐氧化物，如CO、NO。硅酸盐矿物与硅酸盐产品[新知探究]探究1如何表示硅酸盐在自然界中的存在和其组成的表示方法(1)硅酸盐在自然界中的存在：形形色色的硅酸盐存在于地球的每一个角落，古代的、、现代的、等，都是硅酸盐产品。(2)硅酸盐组成的表示方法——氧化物法：陶瓷砖瓦玻璃水泥俗名锆石红柱石钙铝石榴子石镁橄榄石氧化物表示法ZrO2·SiO2Al2O3·SiO2_______________________________3CaO·Al2O3·3SiO22MgO·SiO2探究2硅酸钠溶液的性质和用途(1)物理性质：可溶于水，其水溶液称“”。(2)化学性质：①与盐酸反应：__________________________________。②与H2CO3反应：_________________________________________。(3)用途：Na2SiO3溶液在建筑行业常用做，经Na2SiO3溶液浸泡过的产品既耐又不易。水玻璃Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3＋Na2CO3黏合剂腐蚀着火探究3常见的硅酸盐产品的生产原料和设备硅酸盐产品原料主要设备水泥___________________________玻璃_______________________________陶瓷黏土黏土、石灰石水泥回转窑石灰石、纯碱、石英玻璃熔炉[必记结论]用氧化物形式表示硅酸盐组成的方法(1)氧化物书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。(2)书写原则：①硅酸盐中各元素的化合价不变。②化学式中各元素的原子个数比不变。③氧化物的化学式之间用“·”隔开。(3)氧化物前化学计量数的配置原则：①除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒配置。②化学计量数配置出现分数，应化为整数，化为整数时，其他氧化物前的化学计量数相应改变。③氧化物前化学计量数代表氧化物本身，其比值为各氧化物化学计量数的最简比。[成功体验]1．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为()A．CaO·MgO·SiO2·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O解析：根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，按较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→SiO2→H2O的顺序排列，再调整各氧化物前的计量数并使其与昆仑玉化学式中一致，可得昆仑玉氧化物表示形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。答案：B2．(好题共享·选自鲁科版教材P113·T1)[双选题]世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“至少在距今3000年以前，中国就已经使用玻璃了。”下列关于普通玻璃的叙述中，正确的是()A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点C．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英D．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，A项错误；玻璃是一种混合物，没有固定的熔沸点，B项错误。答案：CD二氧化硅与信息材料[新知探究]探究1二氧化硅的存在、性质和用途(1)存在：沙石、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的(2)物理性质：熔沸点：，硬度：，溶解度：。(3)化学性质：①常温下性质，不与水、酸(氢氟酸除外)反应。二氧化硅高大难溶于水不活泼②酸性氧化物(填化学方程式)：③特性：SiO2与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(4)用途：用于制光学镜片，石英坩埚，。光导纤维探究2晶体硅的性质、制法和主要用途(1)物理性质：熔、沸点都，硬度，导电性介于和_________之间。(2)化学性质：①常温下，性质稳定，与O2、Cl2、HNO3、H2SO4都很难发生反应。很高大导体绝缘体(3)工业制法：SiO2――→C高温Si(粗)――→Cl2高温SiCl4――→H2高温Si(纯)反应的化学方程式依次为：________________________，_____________________，_________________________。(4)用途：硅用作材料，制造集成电路。SiO2＋2C=====高温Si＋2COSi＋2Cl2=====高温SiCl4SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl半导体[必记结论]硅及其化合物的特性(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。(2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却不然：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成氢气，非金属单质与非氧化性酸不反应，但硅例外：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(5)一般情况下，较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应，制得较弱的酸，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。但制玻璃时却发生了下列反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑。(6)SiO2是熔点最高的非金属氧化物，H2SiO3是常温下呈固态的酸。(7)硅酸钠叫泡花碱，但它是盐，水溶液俗称水玻璃，但它和玻璃的成分并不完全相同。(8)硅与烧碱溶液反应的实质和铝与烧碱溶液反应的实质相似，其中的氧化剂都是水。(9)硅具有“亲氟”性：Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。[成功体验]3．下列反应能说明SiO2是酸性氧化物的是()A．SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OC．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OD．SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑解析：酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，故B可证明SiO2属于酸性氧化物。答案：B4．(好题共享·选自人教版教材P81·T9)从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：粗硅的制取：SiO2＋2C=====高温电炉Si＋2CO↑石英砂焦炭粗硅由粗硅制纯硅(常用方法)：Si(粗)＋2Cl2=====加热SiCl4SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl根据以上反应，回答下列问题。(1)在制取粗硅的反应中，焦炭的作用是什么？(2)在由粗硅制纯硅的反应中，氯气(Cl2)与Si的反应属于什么类型的反应？SiCl4与H2的反应属于什么类型的反应？H2的作用是什么？(3)在半导体工业中有这样一句行话：“从沙滩到用户”，你是如何理解的？答案：(1)还原剂(2)化合反应(氧化还原反应)；置换反应；还原剂。(3)这句话反映的是单质硅的制备、来源及用途。制取单质硅的原料是二氧化硅，沙滩有丰富的二氧化硅，其主要反应是SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，粗硅经过提纯可以得到高纯度的硅，高纯硅是良好的半导体材料。三种硅酸盐产品的比较水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土考查三种硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷生产过程及主要反应原料――→粉碎生料――→煅烧熟料――→石膏粉磨细成品Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑混合→成型→干燥→烧结→冷却主要成分及种类3CaO·SiO2(硅酸三钙)、2CaO·SiO2(硅酸二钙)、3CaO·Al2O3(铝酸三钙)普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3、SiO2)、石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、有色玻璃土器、陶瓷、瓷器水泥玻璃陶瓷主要性能水硬性、不可逆过程玻璃态物质，没有固定的熔沸点，可在一定范围内软化抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘典型设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑共同特点高温条件下发生复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐[例1]下列说法正确的是()A．制取水泥和玻璃的原料中均有纯碱B．普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是混合物，无固定的熔点C．普通玻璃俗称水玻璃D．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅[解析]制取玻璃的原料中有纯碱，而制取水泥的原料中没有纯碱，A不正确；普通玻璃的组成一般为Na2O·CaO·6SiO2，故玻璃属于混合物，没有固定的熔、沸点，B正确；普通玻璃和水玻璃的成分不同，水玻璃不是普通玻璃的俗名，C不正确；制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石，石灰石中不含有硅，D不正确。[答案]B(1)硅酸盐工业使用的原料中有含硅的物质，但不是每种物质都含有硅；硅酸盐产品都是混合物。(2)光导纤维的主要成份是SiO2，不属于硅酸盐产品。(3)硅酸盐的组成可用氧化物的形式来表示，但不能认为它们的成分就是氧化物，仍应理解为硅酸盐。1．在玻璃工业、水泥工业中都用到的原料是()A．纯碱B．石英C．石灰石D．黏土解析：玻璃工业的原料是石灰石、纯碱、石英；水泥工业的原料主要是石灰石、黏土，两者都用到石灰石。答案：C考查二氧化硅的结构和性质1.二氧化硅的结构在SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子相连(见右图)，形成四面体结构，Si原子位于四面体的中心，O原子位于四面体的4个顶点。同时，每个O原子与2个Si原子相连，所以，SiO2晶体是Si原子和O原子按1∶2的比例构成的立体网状结构的晶体，不存在单个的SiO2分子。2．二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅二氧化碳化学式SiO2CO2存在存在于岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土中都含SiO2空气色态无色晶体无色气体熔沸点很高很低硬度大小物理性质水溶性不溶于水能溶于水二氧化硅二氧化碳与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与NaOH溶液反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，CO2＋NaOH===NaHCO3化学性质与CaO反应SiO2＋CaO=====高温CaSiO3CO2＋CaO===CaCO3二氧化硅二氧化碳与某些盐反应SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3与氢氟酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应化学性质氧化性SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑CO2＋C=====高温2