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专题三从矿物到基础材料第三单元含硅矿物与信息材料1．了解硅酸盐矿物及硅酸盐产品。2．掌握Si、SiO2、Na2SiO3的性质和用途(重点)。3．了解信息材料的组成及应用。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一硅酸盐及产品1．硅的存在：硅元素在地壳中的含量居第二位，主要以SiO2和硅酸盐的形式存在。2．硅酸盐表示法盐化学式法：如硅酸钠__________，硅酸钙_________氧化物法：如镁橄榄石____________3．Na2SiO3的性质及用途(1)性质：向水玻璃(Na2SiO3的水溶液)中通入CO2、HCl发生反应的方程式：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3；Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。(2)用途：_____剂、_____剂、_____剂。Na2SiO3CaSiO32MgO·SiO2黏合防火防腐4．三大硅酸盐产品硅酸盐产品原料主要设备水泥石灰石、黏土水泥回转窑玻璃石灰石、纯碱、石英玻璃熔炉陶瓷黏土、彩釉5．分子筛许多硅酸盐具有多孔结构，孔径不同的硅酸盐具有筛分子的作用，常用于分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体。[自我诊断]1．石灰石是许多工业的原料之一，但制取下列物质不需要石灰石的是()A．制硅酸B．制水泥C．制玻璃D．工业炼铁解析：制备硅酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应，不需要用到石灰石；制水泥的原料是黏土和石灰石；制玻璃原料是纯碱、石灰石、石英；炼铁中石灰石的作用是造渣材料。答案：A知识点二二氧化硅1．存在___________________________等都是天然存在的二氧化硅。2．物理性质纯净的二氧化硅是一种无色晶体，熔点____，硬度____，______于水。3．化学性质(1)常温下不活泼，不与水、酸反应(2)具有酸性氧化物的通性①与碱反应：________________________________；②与碱性氧化物的反应：SiO2＋CaO=====高温CaSiO3。沙子、石英、水晶、硅藻土高大难溶SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(3)特性SiO2能够与HF发生反应，化学方程式为____________________________。SiO2还能够与C在高温条件下发生反应：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。(4)用途①制造电子元件、光学镜片、化学仪器、建筑材料。②制造现代通讯材料——__________。光导纤维SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O[自我诊断]2．下列变化不能通过一步反应完成的是()A．SiO2―→CaSiO3B．SiO2―→H2SiO3C．CO2―→CaCO3D．SO2―→Na2SO3解析：SiO2和CaO反应一步得到CaSiO3；CO2和Ca(OH)2反应生成CaCO3；SO2和NaOH反应能够生成Na2SO3；而SiO2要得到H2SiO3必须经历两步，首先是SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，然后为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。答案：B知识点三硅1．物理性质(晶体硅)颜色状态熔沸点硬度导电性灰黑色固态高大良好的________2．化学性质(1)常温下比较稳定，很难与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应。但能与F2、氢氟酸、NaOH溶液等发生反应。(2)加热时能与O2、Cl2等物质发生反应。与其反应的方程式为___________________________________。半导体Si＋O2=====高温SiO2、Si＋2Cl2=====高温SiCl43．硅的工业制法SiO2――→C高温Si(粗硅)――→Cl2高温SiCl4――→H2高温Si(高纯硅)上述过程的化学方程式为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，Si＋2Cl2=====高温SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。4．硅的用途硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种非常重要的半导体材料，广泛应用于电子工业的各个领域；此外硅合金的用途也很广。[自我诊断]3．硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C．石英玻璃和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅解析：本题考查硅及其化合物。粗硅制备单晶硅涉及两步反应：Si＋2Cl2=====高温SiCl4、SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl，两个反应都是氧化还原反应，B选项错误；石英玻璃主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐，C选项错误；硅与盐酸不反应，D选项错误。答案：A要点一硅酸盐工业原理[典例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；普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，故玻璃属于混合物，没有固定的熔点，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]B1．玻璃(1)生产流程纯碱、石灰石、石英等――→粉碎后适当比例玻璃熔炉――→冷却成品玻璃(2)主要化学反应Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑(3)主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2(4)几种常见玻璃简介①普通玻璃：主要成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，因含Fe元素而显浅绿色。②石英玻璃：成分为SiO2，以纯净的石英为主要原料制成。③钢化玻璃：普通玻璃在电炉中加热软化，然后急速冷却而成，机械强度是普通玻璃的4～6倍。④有色玻璃：普通玻璃中加入一些金属氧化物，如Cu2O：红色玻璃，CuO：蓝色玻璃，Co2O3：蓝绿色玻璃，MnO2：紫色玻璃等。2．水泥(1)生产原理黏土、石灰石――→粉碎后适当比例水泥回转窑――→加入石膏粉碎水泥(2)变化：发生了复杂的物理化学变化。(3)主要成分硅酸二钙：2CaO·SiO2；硅酸三钙：3CaO·SiO2；铝酸三钙：3CaO·Al2O3。(4)加入石膏的作用：调节水泥的硬化时间。(5)用途：建筑材料——水泥砂浆、混凝土等。1．根据水泥、玻璃和陶瓷的生产过程，总结出硅酸盐工业的一般特点是()①原料一定有含硅元素的物质②生成物是硅酸盐③反应条件是高温④发生复杂的物理、化学变化A．①和②B．①②③C．①③④D．①②③④解析：①③是硅酸盐工业的必备条件，②④是硅酸盐工业生产的普通特征，故D项正确。答案：D要点二硅单质及其化合物的特殊性[典例2]在①浓硝酸、②水、③浓硫酸、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是()A．①②B．②④C．④⑤D．③④[解析]硅不能与浓硫酸、浓硝酸、水反应。[答案]C1．Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si。2．非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2。化学方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用，方程式为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。4．SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。制备H2SiO3时可以利用以下原理：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl。5．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。6．无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。7．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下，Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑也能发生。8．非金属单质一般为非导体，但Si是半导体。2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④解析：水晶的主要成分是SiO2，而不是硅酸盐，②错。光导纤维的主要成分是SiO2，而不是单质Si，③错。答案：C要点三SiO2和CO2的性质比较[典例3]下列说法不正确的是()A．因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或SiO2不是H2SiO3的酸酐B．CO2通入水玻璃中得硅酸沉淀C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D．氢氟酸能雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶盛放氢氟酸[解析]因为H2SiO3=====△H2O＋SiO2，SiO2是H2SiO3的酸酐，不能因为SiO2不溶于水，而否定它是H2SiO3的酸酐，酸酐必须与对应酸的中心原子同价态。由于碳酸酸性强于硅酸，故CO2通入水玻璃中能析出H2SiO3沉淀。SiO2为立体网状结构，原子间结合紧密，因此熔点高、硬度大。氢氟酸能腐蚀玻璃，故不能用玻璃瓶盛装氢氟酸。[答案]A二氧化碳二氧化硅结构特点由CO2分子构成由O和Si原子构成物理性质熔沸点低、可溶于水坚硬难熔的固体、不溶于水与碱反应CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与水反应CO2＋H2OH2CO3与CaO反应CaO＋SiO2=====高温CaSiO3化学性质与酸反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O用途制饮料、碳酸盐光导纤维、光学仪器、电子部件存在空气中岩石、沙石、水晶3．能证明硅酸酸性弱于碳酸酸性的实验事实是()A．CO2是气体，SiO2是固体B．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2C．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水D．CO2通入Na2SiO3溶液中析出硅酸沉淀解析：酸性强弱与这种酸对应的酸性氧化物的状态、物理性质和化学活性无关，A、B、C均不正确；只有D项属于较强的酸制取较弱的酸的反应，符合题意。答案：D硅的制备[典例]单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a．四氯化硅与水极易发生反应；b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c．有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8—315—熔点/℃－70.0－107.2———升华温度/℃——180300162请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的离子方程式______________________________________________________________________________________________________________。(2)装置A中g管的作用是________；装置C中的试剂是________；装置E中h瓶需要冷却的理由是___________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。[解析](1)A是制备Cl2的装置，注意要求写的是MnO2与浓盐酸反应的“离子方程式”。(2)装置A中g管的作用是“使分液漏斗与