硅与信息材料

第七单元 含硅矿物与信息材料DI QI DAN YUAN 学考标准1.硅在自然界的存在形式(a)。2.硅及其化合物(以SiO2和Na2SiO3为例)的重要 性质(a)。3.工业制备高纯度硅的方法(a)。4.三大硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻璃 (a)。5.硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用(a)。知识清单 梳理教材，自主学习一、硅及其化合物的性质1. 硅在自然界的存在形式硅在自然界中主要以SiO2和硅酸盐的形式存在。2. 硅的物理性质晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，熔沸点很高，硬度大。硅晶体导电性介于导体和 绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。3. 化学性质(1) 在常温下只与F2、氢氟酸和强碱溶液反应，其化学方程式分别为：Si + 2F2=SiF4； Si+4HF=SiF4 t+2H2 t；Si + 2NaOH+H2O=NqSiO3 + 2H2 t。Si+2Cl2=SiCl4。(2) 在加热时能与O2和Cl2等非金属单质反应，其化学反应方程式分别为:Si + O2=SiO2 ；4. 工业制法原丘二氧化硅和焦炭制SiO2+2C Si+2C0fZC |Si+2C12 = SiCk-LsiCL+lHj & Si+4HC15. 二氧化硅(1)物理性质：熔点很高，硬度很大，不溶于水。(2)化学性质(I )酸性氧化物的通性与强碱反应与NaOH溶液反应的化学方程式为：SiO2+2NaOH=N色SiO3+H2O。与碱性氧化物反应与CaO反应的化学方程式为：CaO+SiO2鱼温CaSiO3。 一、. 高温.高温下与 CaCO3、Na2CO3 反应：Na2CO3 + SiO2=Na2SiO3 + CO2 t； CaCO3高温+ SiO2=高温CaSiO3+CO2 t。(II)高温下与碳反应SiO2+2C业i=Si+2CO fo(III)特殊性：与氢氟酸反应SiO2+4HF=Si与 t+2H2Oo6.硅酸钠(Na2SiO3)(1)物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性， 水溶液显碱性。(2) 化学性质：它能与较强的酸反应，如与盐酸反应：Na2SiO3 + 2HCl=2NaCl +H2SiO3 I；与 CO2 的水溶液反应：Na2SiO3+CO2+H2O=耳SiO3 l+Na2CO3。(3) 用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。二、含硅的材料1. 三大硅酸盐产品产品名称生产原料主要设备反应条件或主要反应陶瓷黏土高温烧结玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃窑.高温.Na CO +SiO =Na SiO +CO t.高温.CaCO3 + SiO2=CaSiO3+CO2 t水泥黏土、石灰石水泥回转窑复杂的物理、化学变化2. 硅、二氧化硅的应用(1)硅的用途 作为半导体材料；生产硅合金；制造太阳能电池。（2）二氧化硅的用途 信息高速公路的骨架一一光导纤维 制造石英坩埚、石英玻璃、石英钟表等； 制造电子工业的重要部件、光学仪器； 用作工艺饰品如水晶、玛瑙等。应试精练提升考能，练出高分1. 下列物品中，都用到硅单质的是（）A. 陶瓷B.硅太阳能电池C.玛瑙D.光导纤维解析B .硅太阳能电池，B项正确；A.陶瓷是硅酸盐产品，C.玛瑙、D.光导纤维的主要成分是二氧化硅，故A、C、D三项错误。答案B2. 下列物质属于硅酸盐的是（）A.尼龙绳B.保鲜膜C.青花瓷D.金刚石解析尼龙绳、保鲜膜均属于有机化合物，青花瓷属于硅酸盐类，金刚石是碳单质。答案C3. 下列关于硅单质及其化合物的说法不正确的是（）A. 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素B. 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品C. SiO2广泛用于制作光导纤维D. 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料解析水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，B错误。答案B4. 义乌模拟）制取水泥和玻璃都需要的原料是（）A.石灰石B.石英C.黏土D.纯碱解析 制取水泥的原料是石灰石和黏土，制取玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英， 故A项符合题意。答案A5. 能贮存在带有玻璃塞的磨口试剂瓶里的试剂是（）A. 液漠B 氢氧化钾C.氢氟酸D.水玻璃解析 液漠具有强氧化性，可以贮存在带有玻璃塞的磨口试剂瓶里，A项正确； 氢氧化钾、氢氟酸均可与玻璃中的二氧化硅反应，B、C两项错误；水玻璃具有 黏性，可将玻璃塞和试剂瓶黏在一起，D项错误。答案 A6. 下列物质中不能与SiO2反应的是（）A.氢氟酸B.浓H2SO4C.烧碱溶液D. Na2CO3固体解析SiO2可与烧碱溶液反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可以与氢氟酸 反应；在制玻璃过程中SiO2与Na2CO3固体反应；SiO2不能与浓硫酸反应。答案 B7. 下列关于硅的说法不正确的是（）A. 硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B. 硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应D. 加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属单质反应解析 硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质 稳定，常温下可与F2、HF、强碱溶液反应，加热条件下可与O2、Cl2等非金属 单质发生反应。答案 C8. 硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述错误的是（）A. 硅单质可用来制造太阳能电池B. 氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料C. 为防止NaOH溶液变质，常将其保存在磨口玻璃瓶中D. 高温下，二氧化硅能分别与C、CaCO3、Na2CO3发生反应解析 单质硅能够使太阳能直接转化为电能，故用来制作太阳能电池板，A项正 确；玻璃、水泥和陶瓷属于传统的硅酸盐材料，而氮化硅、碳化硅等被称为新型 的无机非金属材料，B项正确；NaOH能够与玻璃中的SiO2反应生成具有黏合能 力的硅酸钠，将磨口玻璃塞和瓶口黏在一起，无法打开，C项错误；高温下，利高温用碳制取粗硅：2C + SiO2=高温Si + 2CO t ,水泥的制取中有SiO2与CaCO3的反 高温应：SiO2 + CaCO3=CaSiO3 + CO2 t ,玻璃的制取中有 SiO2 与 Na2CO3 的反应： 高温SiO + Na CO =a SiO + CO t , D 项正确。答案C9 .下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（）A. 硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B .反应Na2SiO3 + H2O + CO2=N礼CO3 + H2SiO3 !，反应Na2CO3 +SiO2耍温叔a2SiO3+CO2 t，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生C.普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料D.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，水玻璃可用作木材防火剂解析 A项，硅酸钠本身是一种粘合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下CO2 是气体，逸出促使反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2 , SiO2是氧化物 不是盐；D项正确。答案 D10.下列说法正确的是（）A. 二氧化碳不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸B. 可在试管内完成焦炭和石英砂（SiO 2）制取硅的反应C. 二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料D. CO2、CH4、N2是温室气体解析 二氧化硅能与HF发生反应，石英器皿成分中含有SiO2，A项错误；在高 温下试管会熔化，甚至玻璃试管中的SiO2会与焦炭反应，B项错误；N2不是温 室气体，D项错误。答案C11.A.B.C.D.下列离子方程式的书写正确的是（）水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3 + CO2+H2O=2Na+ + CO2-+H2SiO3澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca（OH）2+2CO2=Ce2+ + 2HCO-硅与氢氟酸的反应：Si+4H+4F-=SiF4 t+2H2 t二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO2+2OH-=SiO2-+H2O解析 Na2SiO3是强电解质，应拆成Na+、SiO3-,且应生成HCO3- , A错；B项正确写法是CO2 + OH 一 =HCO3-； C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H +和F答案 D12.下列离子方程式不正确的是（）A.B.C.D.石英与烧碱反应：SiO2+2OH-=SiO2-+H2O硅与烧碱反应：Si+2OH-=SiO2-+H2 t硅酸钠溶液中通入少量 CO2： SiOj-+CO2+H2O=CO2-+H2SiO3 !往水玻璃中加入盐酸：2H+ + SiO2-=耳SiO3 !解析 硅与烧碱溶液反应时,H2O参与反应，Si + 2OH - + H2O=SiO3 -+ 2H2 t。答案 B 13.（宁波模拟）将足量CO2气体通入水玻璃（Na2SiO3溶液）中，然后加热蒸干，再 在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（）A.Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2B.Na2CO3、Na2SiO3D.SiO2解析 将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2 + Na2SiO3 +2H2O=H2SiO3 ! + 2NaHCO3 ；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H2SiO3=:.高温H O + SiO ； 2NaHCO =Na CO + CO t + H O ； Na CO + SiO =Na SiO+ CO2 t ,所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。答案A14.材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（）选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅解析 刚玉的成分是Al2O3，金刚石的成分是C , A错误；大理石、石灰石的成分是CaCO3 ；普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融而得的硅酸盐；普通水泥是以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合 后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏而得到的硅酸盐；石英晶体是结晶的二 氧化硅，具有不同的晶型和色彩。答案 A15.A.B.C.下列离子方程式不正确的是（）向烧碱溶液中通入过量的二氧化碳：2OH-+CO2=CO2-+H2O向纯碱溶液中通入足量的二氧化碳：CO2- + CO2+H2O=2HCO-向硅酸钠水溶液中通入少量的二氧化碳：SiO2- + CO2+H2O=H2SiO3 1 +CO23-D.向次氯酸钠溶液中通入足量的二氧化碳：ClO- + CO2+H2O=HClO+HCO-解析 A项错误，通入过量的CO2，应生成HCO3 o答案 A16. 下列关于硅的说法不正确的是（）A. 硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B. 硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C. 在常温下，硅的化学性质活泼D. 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料解析 A项，晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色有金属光泽的非金属固体，正确；B项，硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置，所以晶体硅的导 电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，正确；C项，常温下，硅的 化学性质不活泼，错误；D项，硅是将太阳能转换为电能的常用材料，正确。答案C17. 硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。（1）下列物质不属于硅酸盐的是。A.陶瓷B.普通玻璃C.水泥D.生石灰SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为工艺师常用（填物质名称）来雕刻玻璃。用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩蜗可 选用的是。A.普通玻璃坩蜗B. 石英玻璃坩蜗D.铁坩蜗C. 氧化铝坩蜗 （4）工业上常利用反应2C + SiO2=S+2CO 1制备硅单质，该反应中所含元素 化合价升高的物质是（填化学式、下同），氧化剂是。解析（1）生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si元素，不属于硅酸盐。（2）SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。（3）Na2SiO3水溶液又称“水 玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及A12O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)题给反应中C(碳)被氧化，SiO2中+4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。答案(1)D (2)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 氢氟酸(3)防火剂 D (4)CSiO218. A、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溶液反应生成盐(Na2RO3) 和氢气。请回答下列问题：焦炭、高温NaOH溶液 n.石灰石、高温DCaCh溶液一p 一 加热B 过量盐酸E写出各物质的化学式：A； B； C； DE。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。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的，请用离子方程式予以证明：解析 解答本题的“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 而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3 , D为Si , E为H2SiO3o 答案 (1)SiO2 CaSiO3 Na2SiO3 Si H2SiO3SiO2+2C=B=l=Si + 2CO t 1 : 2 (3)Si+2OH-+H2O=SiO2- + 2H2 t(4)SiO2- + Ca2+=CaSiO3 J(5)SiO2-+CO2+H2O=H2SiO3 J+CO；-19 .晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下: 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅一一、一300 C 粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3： Si+3HCl3：00=SiHCl3+H2 SiHCl3与过量H2在1 0001 100 C反应制得纯硅已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：（1）第步制备粗硅的化学反应方程式为粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0 C）中含有少量SiCl4（沸点57.6 C）和HCl（沸点一84.7 C）,提纯SiHCl3采用的方法为（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）:装置B中的试剂是装置C中的烧瓶需要水浴加热，其目的 反应一段时间后，装置D中观察到的现象是，装置D 不能采用普通玻璃管的原因是，装置D中发生反应的化 学方程式为。 为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反 应温度以及。解析（1）根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应化 学方程式为SiO2 + 2C耍温S + 2CO t。（2）因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O 强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采 用分馏的方法进行。（3）因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥， 故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需水浴加热，其目的是使SiHCl3汽 化，加快与H2的反应；根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现 象为有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000 1 100 C ,此温度下 普通玻璃容易软化；因高温下h2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的 空气。.、高温答案（1）SiO2+2C耍温S + 2CO t （2）分馏（或蒸馏）（3）浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 有固体物质生成 在反应温度 下，普通玻璃会软化SiHCq+g1。哇呈00 CSi + 3HCl排尽装置中的空 气