浙江省高考化学选考大一轮复习检测专题3 第3单元 含硅矿物与信息材料.docx

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浙江省高考化学选考大一轮复习检测专题3第3单元含硅矿物与信息材料

第三单元　含硅矿物与信息材料

浙江考试标准

知识条目

必考要求

加试要求

（1）硅在自然界的存在形式

a

a

（2）硅及其化合物（以SiO2和Na2SiO3为例）的重要性质

a

b

（3）工业制备高纯硅的方法

a

b

（4）三大硅酸盐产品：

水泥、陶瓷、玻璃

a

a

（5）硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用

a

a

（6）光导纤维的组成和作用

a

考点1|硅和二氧化硅的性质及应用

[基础知识自查]

1．硅的存在形态、物理性质

（1）硅在自然界只有化合态，含量占第2位。

（2）硅是灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大，有脆性。

2．硅的化学性质（写出化学方程式）

（1）与非金属单质

（2）与氢氟酸反应：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑（特性）；

（3）与NaOH溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑（特性）。

3．工业上提纯粗硅的方法为（写出化学方程式）

Si＋2Cl2

SiCl4，SiCl4＋2H2

Si＋4HCl。

4．二氧化硅的性质

（1）物理性质

常温下为固体，不溶于水，硬度大，熔沸点高。

（2）化学性质

[核心要点提升]

1．SiO2与CO2的性质比较

物质

SiO2

CO2

物理性质

硬度大，熔沸点高，常温下为固体，不溶于水

熔沸点低，常温下为气体，能溶于水

化学

性质

与水

反应

不反应

CO2＋H2OH2CO3

与酸

反应

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

不反应

与碱

反应

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

盛碱液的试剂瓶用橡胶塞

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O

或CO2＋NaOH===NaHCO3

与盐

反应

工业制玻璃：

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑、

SiO2＋CaCO3

CaSiO3＋CO2↑

Ca（ClO）2＋CO2＋H2O===

CaCO3↓＋2HClO

CO2＋Na2CO3＋H2O===

2NaHCO3

与碱性

氧化物

反应

SiO2＋CaO

CaSiO3

CO2＋Na2O===

Na2CO3

与碳

反应

2C＋SiO2

Si＋2CO↑

CO2＋C

2CO

2.硅及其化合物的特殊性质

（1）硅单质的特殊性

①Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑；

②非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；

③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；

④非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。

（2）SiO2的特性及原理

①一般情况下，碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以：

a：

不能用玻璃容器盛放氢氟酸，b：

用氢氟酸刻蚀玻璃。

②一般情况下，酸性氧化物与水反应能生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。

③一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。

而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：

Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑（原理是：

难挥发性物质制备挥发性物质）。

3．两种制取高纯硅的方法

Ⅰ：

四氯化硅还原法

（1）工艺流程

石英砂

粗硅

SiCl4

高纯硅

（2）反应原理

＋

＋2CO↑，

Si（粗）＋2Cl2

SiCl4，

SiCl4＋2H2

Si（纯）＋4HCl。

Ⅱ：

三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅（常用方法）

（1）工艺流程

石英砂

粗硅

SiHCl3（粗）

SiHCl3纯

高纯硅

（2）反应原理

SiO2＋2C

Si＋2CO↑，

Si＋3HCl

SiHCl3＋H2，

SiHCl3＋H2

Si＋3HCl。

【易错警示】　

（1）不要混淆硅和二氧化硅的用途：

用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。

（2）不要混淆常见含硅物质的成分。

①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。

②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。

③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。

[典型例题讲解]

　（2017·宁波模拟）含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

（1）在元素周期表中，A位于第________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为______________________________________。

A与B的原子的电子层结构上的相同点是________________________。

（2）易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是__________。

（3）将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。

①写出生成D和F的化学反应方程式：

_____________________________。

②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中可选用的是____________________。

A．普通玻璃坩埚　　　　B．石英玻璃坩埚

C．氧化铝坩埚D．铁坩埚

（4）100gC与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2L,100g混合物中石灰石的质量分数是________。

【解析】　

（1）A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。

比硅相对原子质量小的同族元素B为碳。

（2）C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。

（3）SiO2与Na2CO3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Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。

（4）若SiO2恰好或过量，与CaCO3反应方程式只有一个，即CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑。

若CaCO3过量，除发生上述反应外，还会发生反应CaCO3

CaO＋CO2↑。

总之，CaCO3的多少决定了CO2的产量，可通过以下关系式列式求解：

CaCO3　～　CO2

100g22.4L

m（CaCO3）11.2L

m（CaCO3）＝50g。

混合物中CaCO3的质量分数：

×100%＝50%。

【答案】　

（1）ⅣA　

　最外层均有4个电子

（2）氢氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

（3）①SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑、

Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓　②D

（4）50%

[题组对点训练]

1．手机芯片是一种在半导体材料上集合多种电子元器件的电路模块。

下列可用作半导体材料的是（　　）

A．铝　　　　　　　　B．硅

C．碳D．铁

B　[硅可用作半导体材料。

]

2．（2017·浙江宁波效实中学月考）下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（　　）

A．其氧化物都能与NaOH溶液反应

B．其单质在加热时都能跟O2反应

C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸

D．碳和硅两种元素共有两种单质

B　[CO不能与NaOH溶液反应，A错误；C＋O2

CO2或2C＋O2

2CO，Si＋O2

SiO2，B正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C错误；碳有金刚石、石墨、C60等多种单质，D错误。

]

3．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是（　　）

A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐（酸性氧化物）

B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸

C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物

D．CO2和SiO2常温下都是由相应的分子构成的

A　[B中，SiO2与水不反应；C中，SiO2为酸性氧化物；D中，SiO2是由Si、O原子构成的晶体。

]

4．下列说法正确的是（　　）

①单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。

②盛放NaOH溶液时，使用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。

③Mg2＋、H＋、SiO

、SO

在水溶液中能大量共存。

④向含K＋、Na＋、Br－、SiO

的溶液中通入CO2后仍能大量共存。

⑤SiO2与酸、碱均不反应。

⑥SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器。

⑦SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应。

⑧Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化。

⑨水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂。

A．①②⑥⑦B．①⑦⑨

C．②③⑧⑨D．①④⑤⑧

B　[②中NaOH溶液与玻璃中的SiO2反应生成黏结性物质Na2SiO3；③Mg2＋、H＋与SiO

不共存；④通入CO2后SiO

形成沉淀；⑤SiO2与HF、NaOH反应；⑥SiO2与氢氟酸反应；⑧SiO2→H2SiO3不能一步转化。

]

考点2|硅酸及其盐　无机非金属材料

[基础知识自查]

1．硅酸——难溶性酸

（1）化学性质

（2）硅酸的制备及硅胶的形成

①制备原理：

可溶性硅酸盐（如Na2SiO3）与其他酸（如盐酸）反应：

Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3（胶体）＋2NaCl。

②硅胶：

硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶。

硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作干燥剂和催化剂载体。

2．硅酸盐

（1）Na2SiO3水溶液俗称水玻璃，常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。

（2）硅酸钠溶液在空气中易变质，反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

（3）硅酸盐组成的表示：

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成；如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O·SiO2，石棉（CaMg3Si4O12）可表示为CaO·3MgO·4SiO2。

3．无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料

水泥

玻璃

陶瓷

生产原料

黏土、石灰石

纯碱、石灰石、石英

黏土

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

陶瓷窑

生产条件

高温

（2）新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。

（3）特殊功能的含硅物质

①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。

②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。

③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

[核心要点提升]

硅酸盐氧化物形成的表示方法

（1）氧化物的一般书写顺序：

活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。

（2）氧化物前计量数的配置原则：

除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。

（3）当计量数配置出现分数时一般应化为整数。

如正长石：

KAlSi3O8将

K2O·

Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子个数比不变。

[典型例题讲解]

　下列关于硅酸及其盐的说法正确的是（　　）

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①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生

C．硅酸可以用SiO2与H2O反应制备

D．将CO2通入水玻璃中有白色沉淀生成

【解析】　A项，Na2SiO3溶液本身能黏结玻璃；B项，不矛盾，二者的反应条件和环境不同；C项，SiO2与H2O不反应。

【答案】　D

　月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石（CaMgSi2O6）、斜长石（KAlSi3O8）和橄榄石[（Mg，Fe）2SiO4]（逗号表示两种元素各占一部分）等，下列说法或分析不正确的是（　　）

【导学号：

81640059】

A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿

B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2

C．橄榄石中铁为＋2价

D．辉石的氧化物形式为CaO·MgO·2SiO2

【解析】　B项，K、Al、Si的个数比为1∶1∶3，写成氧化物时原子个数比不能变。

【答案】　B

[题组对点训练]

1．下列变化中，不能一步实现的是（　　）

A．Na2SiO3→H2SiO3

B．H2SiO3→SiO2

C．H2SiO3→Si

D．SiO2→Na2SiO3

C　[A项，Na2SiO3

H2SiO3；B项，H2SiO3

SiO2；C项，H2SiO3

SiO2→Si；D项，SiO2

Na2SiO3。

]

2．下列说法不正确的是（　　）

A．工业生产水泥和玻璃均用到石灰石

B．光导纤维是一种易导电的新型无机非金属材料

C．陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

D．氮化硅陶瓷和氮化铝陶瓷均为新型无机非金属材料

B　[光导纤维的成分是SiO2，可以传导光，但不导电。

]

3．下列有关玻璃的说法不正确的是（　　）

A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英

B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点

C．普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙

D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起

B　[玻璃为混合物，加热时没有固定的熔点。

]

4．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色为硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（　　）

A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶解于强酸和强碱

D．x等于6

C　[根据化合价规则把BaCuSi2Ox改为氧化物的形式为BaO·CuO·2SiO2，则x＝6，A、D正确；硅酸铜钡可以长期保存，说明其性质稳定，不溶于强酸和强碱，不易脱色，B正确，C错误。

]

5．请设计实验证明酸性：

H2SiO3＜H2CO3＜H2SO4，画出简易实验装置（注明试剂），写出有关化学方程式并说明现象。

【解析】　根据“强酸制弱酸”的复分解反应规律，选用稀硫酸、Na2CO3固体和Na2SiO3溶液验证。

【答案】　装置如图，

H2SO4＋Na2CO3===CO2↑＋Na2SO4＋H2O，

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，

锥形瓶内有气泡，烧杯中有沉淀生成