高考化學一輪復習 專題三 第三單元 含硅物質(zhì)及其應用課件 蘇教版

1. 掌握硅和二氧化硅的主要性質(zhì)。2．了解硅和二氧化硅的應用。3．了解常見的無機非金屬材料及其應用。

第三單元含硅物質(zhì)及信息材料1．硅的導電能力介于

和

之間，是重要的半導體材料，最早使用的是

，硅在地殼中的含量僅次于

，全部以化合態(tài)存在，主要存在形式為

和

。2．單質(zhì)硅有

和

兩種，晶體硅是

，有

光澤，硬而脆的固體，熔點很高，是良好的半導體材料。硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下能和

、

、

反應，反應的化學方程式分別為：

、

。 在加熱條件下硅可以和氧氣、氯等反應。導體絕緣體鍺氧二氧化硅硅酸鹽灰黑色晶體硅無定形硅金屬F2氫氟酸強堿Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑3．工業(yè)上用SiO2為原料制取硅，反應方程式為

4．二氧化硅廣泛存在于自然界中，是

、

的主要成分，純凈的二氧化硅晶體無色、熔點

，硬度

，

溶于水，也不溶于其它一般的溶劑，二氧化硅是

的酸酐，具有酸性氧化物的性質(zhì)，能和HF反應：

，是制造

的原料。沙子石英很高很大不硅酸SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O光導纖維【想一想】為什么不用堿液在玻璃上進行雕刻，而用氫氟酸？答：玻璃中含有SiO2，SiO2和堿反應慢，且生成的鹽具有粘性，所以選擇氫氟酸。1．硅酸鹽性質(zhì)

、熔點

，大都

溶于水，硅酸鹽常用氧化物的形式表示，例如：硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，鈉長石(NaAlSi3O8)表示為

。2．生產(chǎn)玻璃的原料是

、

、

，在玻璃熔爐中發(fā)生的主要化學反應有

。 玻璃的主要成分是

、

和

，沒有固定的熔沸點，是

。穩(wěn)定很高難Na2O·Al2O3·6SiO2純堿石灰石石英硅酸鈉硅酸鈣二氧化硅混合物3．生產(chǎn)水泥的主要原料是

和

，普通水泥的主要成分是

、

和

。水泥具有

，而陶瓷是以

等天然硅酸鹽為主要原料燒制而成。4．新型無機非金屬材料包括

、

、

。石灰石黏土硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣水硬性黏土高溫結(jié)構(gòu)陶瓷生物陶瓷壓電陶瓷【議一議】

能否依據(jù)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強？答：不能。因為酸鹽互化關系：強酸＋弱酸鹽===強酸鹽＋弱酸，僅適用于常溫下水溶液中進行的反應，而該反應是在高溫且干態(tài)下進行，只能從化學平衡移動角度去解釋反應發(fā)生的原因，因CO2為氣體，及時離開反應體系，使化學反應得以向右進行。

【例1】(2009·重慶理綜，26)工業(yè)上電解飽和食鹽水能制取多種化工原料，其中部分原料可用于制備多晶硅。 (1)右圖是離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖，電解槽陽極產(chǎn)生的氣體是________；NaOH溶液的出口為________(填字母)；精制飽和食鹽水的進口為________(填字母)；干燥塔中應使用的液體是________。 (2)多晶硅主要采用SiHCl3還原工藝生產(chǎn)，其副產(chǎn)物SiCl4的綜合利用受到廣泛關注。①SiCl4可制氣相白炭黑(與光導纖維主要原料相同)，方法為高溫下SiCl4與H2和O2反應，產(chǎn)物有兩種，化學方程式為________________。②SiCl4可轉(zhuǎn)化為SiHCl3而循環(huán)使用，一定條件下，在20L恒容密閉容器中的反應：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)達平衡后，H2和SiHCl3物質(zhì)的量濃度分別為0.140mol/L和0.020mol/L，若H2全部來源于離子交換膜法的電解產(chǎn)生，理論上需消耗純NaCl的質(zhì)量為________kg。(3)采用無膜電解槽電解飽和食鹽水，可制取氯酸鈉，同時生成氫氣，現(xiàn)制得氯酸鈉213.0kg，則生成氫氣________m3(標準狀況)。解析：(1)電解飽和食鹽水的電極反應分別為：陰極：2H＋＋2e－→H2↑；陽極：2Cl－－2e－→Cl2↑。所以陽極產(chǎn)物為氯氣，H＋在陰極放電，水中的c(OH－)增大，即NaOH在陰極(a處)產(chǎn)生。電解飽和食鹽水所用的陽離子交換膜只允許陽離子(Na＋)通過，阻止陰離子和氣體通過，電解過程中，Cl－在陽極大量消耗，因此應在陽極區(qū)(d)處補充NaCl。干燥塔干燥的氣體為Cl2，應用濃H2SO4干燥。(2)①光導纖維為SiO2，產(chǎn)物為兩種，另一種物質(zhì)只能為HCl。②n(H2)＝ ×20＝3mol，由2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2×58.5 2m(NaCl) 6gm(NaCl)＝351g≈0.35kg。(3)由題意，可寫出反應的化學方程式為：NaCl＋3H2ONaClO3＋3H2↑ 106.56 213kgm(H2)m(H2)＝12kg，n(H2)＝6000mol，V(H2)＝134.4m3。答案：(1)氯氣a

d濃硫酸(2)①SiCl4＋2H2＋O2SiO2＋4HCl

②0.35

(3)134.4一、硅及其化合物的特性1．Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。2．非金屬單質(zhì)跟堿作用一般無H2放出，但Si能跟強堿液作用放出H2： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用： Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。4．酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能與HF作用。5．無機酸一般易溶于水，但H2SiO3和H4SiO4均難溶于水。6．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生，原因是：在高溫下反應，生成的CO2是氣體，生成后離開反應體系使反應向右進行到底。7．非金屬單質(zhì)一般為非導體，但Si為半導體。8．SiO2是H2SiO3的酸酐，但不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。9．非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiO2的卻很高。10．Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，但它與玻璃的成分大不相同；Na2SiO3的水溶液也稱泡花堿，但它卻是鹽溶液并不是堿溶液。二、CO2和SiO2的比較二氧化碳二氧化硅存在空氣中巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土中都含SiO2物理性質(zhì)熔、沸點低，常溫時是氣體，微溶于水堅硬難熔的固體，不溶于水化學性質(zhì)與碳CO2＋C2COSiO2＋2CSi＋2CO↑SiO2＋3CSiC＋2CO↑與水CO2＋H2OH2CO3不反應與酸不反應SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O與NaOH溶液CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與CaOCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOCaSiO3用途飲料、制堿光導纖維、化學儀器、光學儀器、鐘表、電子部件1．將2.8g硅粉與2.3g鈉同時放入足量水中，采用恰當?shù)姆椒ㄊ占磻^程中產(chǎn)生的氣體(全部收集)，這些氣體在標準狀況下的體積為() A．1.12L B．4.48L C．5.6L D．3.36L 解析：本題重點考查鈉與水、硅與堿溶液反應的有關計算。 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

2×23g 2mol22.4L 2.3g0.1mol1.12L Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 28g2mol2×22.4L 1．4g0.1mol2.24L 反應后硅有剩余，V(H2)＝1.12L＋2.24L＝3.36L。 答案：D2．含A元素的一種單質(zhì)是一種重要的半導體材料，含A元素的一種化合物C可用于 制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導纖維，C與燒堿反應生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于________族，與A同族但相對原子質(zhì)量比A小的元素 B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

，A與B在原子的電子層結(jié)構(gòu)上的相同點 是________________________。 (2)易與C發(fā)生化學反應的酸是________，反應的化學方程式是_______________。(3)將C與純堿混合高溫熔融時也發(fā)生化學反應生成D，同時還生成B的最高價氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學反應生成含A的化合物F。①寫出生成D的及D和E反應的化學方程式：_______________________________________________________________________________________。②要將純堿高溫熔化，下列坩堝中不可選用的是()A．普通玻璃坩堝B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝D．鐵坩堝(4)100gC與石灰石的混合物充分反應后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L,100g混合物中石灰石的質(zhì)量分數(shù)是________。解析：(1)A元素單質(zhì)可做半導體材料，含A元素的某化合物是制造光導纖維的原料，可知A為硅元素，比硅相對原子質(zhì)量小的同族元素為碳。(2)C為SiO2，能與SiO2反應的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反應生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料、普通玻璃、石英玻璃以及Al2O3等都能與Na2CO3在高溫下反應，故不能用以上材質(zhì)的坩堝熔融Na2CO3。(4)若SiO2恰好或過量，與CaCO3反應方程式只有一個，即CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。若CaCO3過量，除發(fā)生上述反應外，還會發(fā)生反應：CaCO3CaO＋CO2↑?？傊珻aCO3的多少決定了CO2的產(chǎn)量，可通過以下關系式求解：CaCO3～CO2m(CaCO3)＝50g?；旌衔镏蠧aCO3的質(zhì)量分數(shù)：×100%＝50%。答案：(1)ⅣA最外層均有4個電子，最內(nèi)層均有2個電子(2)氫氟酸

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(3)①SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓

②ABC(4)50%【例2】(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。下列有關材料的說法正確的是() 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

解析：B項，C60屬于分子晶體；C項，纖維素乙酸酯不是天然高分子材料；D項，二氧化硅常用于制造光導纖維。答案：A硅酸鹽的表示方法硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復雜，其組成的表示方法有兩種：1．鹽化學式法 如：硅酸鈉Na2SiO3，硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成較簡單的硅酸鹽。2．氧化物法

如：黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉：CaO·2MgO·4SiO2 云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O滑石：3MgO·4SiO2·H2O鉀長石：K2O·Al2O3·6SiO2氧化物的順序：活潑金屬氧化物

較活潑金屬氧化物

二氧化硅

水氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)。注意：氧化物之間以“·”隔開；系數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應化為整數(shù)。3．從下面所給的四個詞中選出一個與陶瓷、玻璃、水泥同類的是() A．光導纖維B．有機玻璃C．人造纖維D．磚瓦 解析：從題干所給的信息：陶瓷屬于硅酸鹽，也屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料，玻璃和水泥屬于硅酸鹽，很明顯，另一物質(zhì)，必須屬于硅酸鹽才能使其歸納在一起，由此不難得出選項D是正確的，A的主要成分SiO2，不屬于硅酸鹽，有機玻璃和人造纖維都屬于有機物，不符合題意，磚瓦是陶瓷器中的土器，屬于硅酸鹽。 答案：D4．北京2008年奧運金牌“金鑲玉”環(huán)形玉壁由昆侖玉制成，昆侖玉的成分可簡單看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，則其用二氧化硅和金屬氧化物的形式可表示為() A．CaO·MgO·SiO2·H2O B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O 解析：根據(jù)硅酸鹽改寫成氧化物的要求和元素守恒，昆侖玉的氧化物形式為2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。 答案：B5．下列各單質(zhì)和化合物之間有以下轉(zhuǎn)化關系，而且各單質(zhì)和化合物組成的元素皆為短周期元素。根據(jù)上述關系判斷：(1)單質(zhì)A只可能是__________。(2)單質(zhì)B是金屬還是非金屬？________。(3)寫出各化合物的化學式：甲_______、乙_______、丙_______、丁_______。解析：本題是元素及化合物的推斷題，解題的突破口是短周期元素的單質(zhì)A與NaOH溶液反應生成氫氣，此元素可能是Al或Si，而產(chǎn)生的化合物乙與過量鹽酸溶液反應，生成的化合物丁能兩次失去化合物丙生成化合物甲，則進一步推斷出A單質(zhì)不是金屬Al，而只能是Si。又由于單質(zhì)A和化合物甲都能跟NaOH溶液反應，都生成化合物乙(Na2SiO3)，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反應生成，故單質(zhì)B為O2，其他的各種化合物也就能推出來了。答案：(1)硅(2)非金屬(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4【例題】(2010·改編題)下列關于碳族元素的敘述中錯誤的是() A.與其他元素化合時易形成共價化合物，也能形成離子化合物 B．碳族元素形成化合物時的最高價均為＋4價 C．碳的氧化物(CO2)和硅的氧化物(SiO2)都是酸性氧化物，均不能與酸反應 D．碳族元素是形成化合物最多的一族元素審題視點：以元素周期律(表)的知識為指導，相似性和遞變性為思維切入點，同時還要注意到特殊性。思路點撥：正確答案：C

錯因分析對于肯定結(jié)論要采用舉反例的方法，如C項所述“均不能與酸反應”，舉出SiO