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第三单元含硅矿物与信息材料,一 硅和硅的化合物,二 无机非金属材料,教材研读,突破一 硅及其化合物的特性,突破二 硅及其化合物之间的转化,重难突破,一、硅和硅的化合物 1.硅的存在和物理性质 硅元素在自然界全部以化合态形式存在。单质硅有晶体硅和无定形硅两种。 晶体硅的熔、沸点高,硬度大。,教材研读,2.硅的化学性质 (1)常温下,硅能与F2、HF、NaOH反应。 硅与烧碱溶液反应的化学方程式为Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+ 2H2。 (2)加热时可与O2、Cl2等非金属单质反应。 硅与O2反应的化学方程式为Si+O2 SiO2。,3.二氧化硅 SiO2,特别提醒(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途 用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶 体硅。 (2)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2;珍珠的主要成分是CaCO3;钻石的主要成分是金刚石;蓝宝石、红宝石的主要成分是Al2O3。,4.硅酸 H2SiO3,5.硅酸盐 (1)Na2SiO3 Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃。 a.贮存:盛Na2SiO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。 b.变质:Na2SiO3水溶液在空气中易变质,反应的离子方程式为Si +CO2+H2O H2SiO3+C。 (2)硅酸盐的氧化物表示法 一般表示:金属氧化物SiO2H2O。,注意低价金属氧化物写在前,高价金属氧化物写在后;活泼金属的氧 化物写在前,不活泼金属的氧化物写在后。例如:Na2SiO3可表示为Na2OSiO2。,二、无机非金属材料 1.传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。,2.新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等。 主要特性:能承受高温、高强度;具有电学、光学特性;具有生物功能。 (1)高温结构陶瓷:又称工程陶瓷。这类陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐腐蚀等优良性能,如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等,在工业、国防上有重要的应用。 (2)光导纤维:简称光纤,是一种能高质量传导光的玻璃纤维。用于通讯、医疗、信息处理、遥感测控、照明等。,3.材料的分类 材料按其组成可分为四类:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。金属材料主要指各种金属和合金等。无机非金属材料又分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。有机高分子材料包括塑料、橡胶、纤维等。复合材料由两种或两种以上不同性能的材料复合而成,其强度、韧性和耐腐蚀性等性能比单一材料更好,是一类具有广阔发展前景的新型材料。,1.下列有关说法中,不正确的是(B) A.普通水泥是硅酸盐材料 B.玛瑙的主要成分是硅酸盐 C.推广使用燃煤脱硫技术,主要是为了防治SO2污染 D.硅单质是制造光电池、CPU的重要材料,2.实验室制备硅酸的反应为Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3,该反应 属于(D) A.化合反应B.分解反应 C.置换反应D.复分解反应,3.下列溶液不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存的是(B) A.稀硫酸 B.NaOH溶液 C.浓醋酸 D.浓盐酸,4.下列说法错误的是(C) A.古代的陶瓷、砖瓦,现代的玻璃、水泥等,都是硅酸盐产品 B.工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石 C.博物馆窗户上普通玻璃的主要成分是SiO2 D.青花瓷胎体的原料为高岭土Al2Si2O5(OH)4,若以氧化物形式可表示为Al2O32SiO22H2O,突破一硅及其化合物的特性 (1)Si的还原性强于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2CSi+ 2CO。 (2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2放出,但Si却不同,如Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2。 (3)非金属单质一般不与弱氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还有氢气生成:Si+4HF SiF4+2H2。,重难突破,(4)非金属单质一般为非导体,但Si为半导体。 (5)硅化学性质不活泼,但自然界中没有游离态的硅,它以二氧化硅、硅酸盐等形式存在。 (6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但SiO2的熔、沸点却很高。 (7)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用: SiO2+4HF SiF4+2H2O。 (8)因H2CO3的酸性比H2SiO3强,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生反应: Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3,但在高温下反应Na2CO3+ SiO2Na2SiO3+CO2也能发生。,(9)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,但水玻璃与玻璃的成分却不相同;水玻璃是盐的溶液,既不是碱溶液,也与玻璃无关。 (10)虽然二氧化硅是硅酸的酸酐,但不用二氧化硅与水反应制备硅酸,一般用可溶性硅酸盐跟酸作用来制备:Na2SiO3+2HCl H2SiO3+2NaCl (11)无机酸一般易溶于水,而硅酸却难溶于水。,(12)非金属氧化物一般是分子晶体,而二氧化硅却是原子晶体。,典例1由下列实验事实得出的结论正确的是(C) A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3,可知SiO2不是H2SiO3的酸酐 B.由SiO2+2C Si+2CO,可知碳的非金属性强于硅 C.CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀,可知酸性H2CO3H2SiO3 D.SiO2可与NaOH溶液反应,也可与氢氟酸反应,可知SiO2为两性氧化物,解析二氧化硅难溶于水,不能与水反应生成硅酸,但硅酸可分解生成二氧化硅,二氧化硅是硅酸的酸酐,故A错误;非金属性应根据氢化物稳定性、最高价含氧酸的酸性、单质氧化性等比较,故B错误;碳酸酸性强于硅酸,可以强酸制备弱酸,CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀,可知酸性H2CO3H2SiO3,故C正确;两性氧化物是指能分别和酸、碱反应生成盐和水的氧化物,二氧化硅和氢氟酸反应是因其特殊性,不能和其他酸发生反应,二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水,它属于酸性氧化物,故D错误。,1-1下列叙述中正确的是(D) A.因为Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2,所以硅酸的酸性比碳酸强 B.碳和硅都是第A族的元素,所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似 C.二氧化硅既能溶于氢氧化钠溶液又能溶于氢氟酸,所以二氧化硅是两性氧化物 D.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物,但二氧化硅不能和水反应生成硅酸,解析A项的反应之所以能够发生,是因为有气体生成,气体从反应体系中逸出,促使反应能够顺利进行,故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱,A错误;CO2和SiO2的物理性质差异较大,B错误;SiO2与氢氟酸的反应属于SiO2的特性,且在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质,C错误。,1-2科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示: 容器中进行的反应为Si(粗)+3HCl(g) SiHCl3(l)+H2(g);容器中 进行的反应为SiHCl3+H2 Si(纯)+3HCl。下列说法正确的是(A),A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3 C.反应和中HCl均作氧化剂 D.反应和均属于可逆反应,解析从反应流程容易看出,HCl可循环使用,A项正确;Si为固体,SiHCl3为液体,用过滤法分离,B项错误;反应中HCl作氧化剂,反应中HCl为氧化产物,C项错误;反应和都不是可逆反应,D项错误。,突破二硅及其化合物之间的转化,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 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。,4.较强的酸能把较弱的酸从其盐溶液中制取出来,这是复分解反应的一般规律,如Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3,而反应Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2也能进行。,3.酸性氧化物一般不与酸反应(除氧化还原反应外),而二氧化硅却能与氢氟酸反应:SiO2+4HF SiF4+2H2O。,5.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,但它和玻璃的化学成分并不相同。,典例2A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素,它们能发生如图所示的转化关系,该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液发生反应生成盐(Na2RO3)和氢气。,请回答下列问题: (1)写出各物质的化学式:A;B;C;D;E。 (2)写出反应的化学方程式:,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。 (3)写出反应的离子方程式:。 (4)写出反应的离子方程式:。 (5)H2CO3的酸性强于E,请用离子方程式予以证明:。,答案(1)SiO2CaSiO3Na2SiO3SiH2SiO3 (2)SiO2+2CSi+2CO12 (3)Si+2OH-+H2O Si+2H2 (4)Si+Ca2+ CaSiO3 (5)Si+CO2+H2O H2SiO3+C,解析本题的“突破口1”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气,说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口2”是反应条件“高温”,A在高温条件下,能与焦炭、CaCO3发生反应,则A为SiO2,从而推知B为CaSiO3,C为Na2SiO3,D为Si,E为H2SiO3。,误区警示 关于硅酸及硅酸盐常见的易错点 1.硅酸盐大多难溶于水,但硅酸钠可溶于水,其水溶液俗称水玻璃。 2.H2CO3的酸性比H2SiO3强,所以有Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3+Na2 CO3,但高温下Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2也能发生,原因可以从两 方面解释:硅酸盐比碳酸盐稳定;由高沸点、难挥发SiO2固体制得低沸点、易挥发的CO2气体。,2-1下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(D) 硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O2FeO3SiO2 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐产品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 A.B. C. D.,解析硅酸盐Na2Fe2Si3O10中Fe的化合价是+3,所以用氧化物的形式表示为Na2OFe2O33SiO2,错误;水晶的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐产品,错误;用于制作光导纤维的材料是二氧化硅,不是硅单质,错误;单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料,正确,故选D。,2-2寿山石主要成分为叶蜡石,叶蜡石组成为Al2O34SiO2H2O。下列观点不正确的是(C) A.寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触 B.寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物 C.潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质 D.久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质,解析根据寿山石的主要成分,可知其能与酸、碱发生反应,A正确;寿山石中含有不同形态的Al2O3,造成其色彩丰富,B正确;Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应,在潮湿的空气中不会溶解变质,C错误;青山石久置于干燥空气中,会失去其中的结晶水而变质,D正确。,
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