1、第三单元 含硅矿物与信息材料【学考报告】知识内容 必考 加试 1.硅在自然界的存在形式 2.硅及其化合物(以SiO2和Na2SiO3为例)的重要性质 3.工业制备高纯硅的方法 4.三大硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻璃 5.硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用 6.光导纤维的组成和作用 a a a a a a b b a a a 一、硅酸盐矿物与硅酸盐产品 1.硅的存在 硅在地壳中的含量占第_位，硅主要以熔点很高的_及_为主要存在形式。因此硅是以_态存在于自然界。二二氧化硅硅酸盐化合2.硅酸盐的表示方法(1)化学式法 组成较简单的硅酸盐一般用化学式直接表示组成。如硅酸钠_、硅酸钙_等。(2
2、)氧化物法 组成相对复杂的硅酸盐通常用_和_等氧化物 的 组 合 形 式 来 表 示 硅 酸 盐，如 硅 酸 钠(Na2SiO3)写 成_、石棉(CaMg3Si4O12)写成_、长石(KAlSi3O8)写 成 _，红 柱 石(Al2SiO5)写 成_。高岭石Al2(Si2O5)(OH)4写成_ 镁橄榄石(Mg2SiO4)写成2MgOSiO2。Na2SiO3CaSiO3二氧化硅金属氧化物Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2Al2O3SiO2Al2O32SiO22H2O3.硅酸钠的性质及应用(1)物理性质：白色固体，Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称_。(2)化学性
3、质：与酸(如盐酸、碳酸)反应生成_沉淀。(3)用途：制造硅胶和木材防火剂的原料。水玻璃硅酸4.硅酸盐产品产品名称 生产原料 主要设备 主要成分 陶瓷 硅酸盐 玻璃 Na2OCaO6SiO2 水泥 3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3 黏土 纯碱、石灰石、石英黏土、石灰石玻璃窑水泥回转窑【思考探究】1.有同学认为“硅酸盐可以写成氧化物形式，所以硅酸盐就是由氧化物组成的”，你同意这个观点吗？提示 不同意；将硅酸盐改写成氧化物形式是为了便于分析硅酸盐组成，而不能简单认为硅酸盐是由氧化物组成的，硅酸盐的组成结构是很复杂的。2.硅酸盐材料生产工艺有什么特点？提示 硅酸盐材料生产的特点：
4、用含硅的物质作原料；反应条件是高温；反应原理复杂，有复杂的物理、化学变化；生成物是硅酸盐。【例1】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数为硅酸盐，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BaOCuO2SiO2 B.性质稳定，不易脱色 C.易溶解于强酸或强碱溶液 D.x等于6解析 根据化合物中化合价代数和为零，所以有2242(2)x0，所以x6，硅酸铜钡的化学式为BaCuSi2O6，写成氧化物形式为BaOCuO2Si
5、O2，又因为硅酸盐性质稳定，故C项错误。答案 C规律方法：氧化物改写一般遵循“三不变”：元素化合价不变、元素种类不变和原子个数不变。氧化物排列顺序一般是较活泼金属氧化物较不活泼金属氧化物二氧化硅水。化学计量数出现分数时要化为整数，如钾长石 KAlSi3O8 不能写成12K2O12Al2O33SiO2，应写成 K2OAl2O36SiO2。【训练1】用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中不正确的是()A.钙沸石CaAl2Si3O103H2O表示为CaOAl2O33SiO23H2O B.镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO3SiO2 C.钾长石KAlSi3O8表示为K2OAl2O36Si
6、O2 D.高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O32SiO22H2O 解析 Mg2SiO4应表示为2MgOSiO2，B错误。答案 B二、SiO2与信息材料(一)二氧化硅(SiO2)1.SiO2的物理性质及应用二氧化硅是一种熔沸点_、硬度_的氧化物，除可用于制作_、_外，还可用于制造_。光学镜片大石英坩埚高光导纤维2.SiO2的化学性质(1)二氧化硅是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：_ 二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应：_SiO22NaOH=Na2SiO3H2O SiO2CaO=高温 CaSiO3(2)二氧化硅的特性 SiO2不溶
7、于水，也不与水反应。二氧化硅在常温下与氢氟酸反应：_ 二氧化硅中的硅为4价，具有弱的氧化性：_ 二氧化硅在高温下可与盐反应：_ _ SiO24HF=SiF42H2O SiO22C=高温 Si2COSiO2Na2CO3=高温 Na2SiO3CO2SiO2CaCO3=高温 CaSiO3CO2(二)单质硅 1.硅的物理性质和用途硅单质有_和_两种，硅晶体的熔点和沸点都很_，硬度也很_，晶体硅是一种重要的半导体材料。晶体硅无定形硅高大2.硅的化学性质(1)常温下，硅的化学性质不活泼，只与氟单质、氢氟酸、强碱(如NaOH溶液)发生反应。其反应的化学方程式分别为：_；_；_。(2)加热条件下和某些非金属单
8、质(如O2、Cl2)发生反应，其化学方程式为：_；_。Si2F2=SiF4Si4HF=SiF42H2Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2SiO2=SiO2Si2Cl2=高温 SiCl43.硅的制备工业上用碳在高温下还原二氧化硅的方法，制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅在高温下和氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅经提纯后，再用氢气还原，就可以得到高纯度的硅。反应过程中发生的反应为：粗硅的制备：_。精炼制高纯硅：_，_。SiO22C=高温 Si2COSi2Cl2=高温 SiCl4 SiCl42H2=高温 Si4HCl【思考探究】3.保存NaOH溶液时能使用玻璃塞吗？为什么？提示 不能。2NaOHSi
9、O2=Na2SiO3H2O，Na2SiO3有强黏性，使瓶塞黏在试剂瓶上，不易打开。4.光能电池板的原料是什么？提示 高纯度的晶体硅。5.硅精制的三个反应中，硅元素总是被还原吗？提示 不是。硅与氯气的反应中，硅元素被氧化。【例2】下列关于二氧化硅的说法中正确的是()A.二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物 B.二氧化碳通入硅酸钠溶液可以得到硅酸 C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强 D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 解析 二氧化硅是酸性氧化物，但是它不溶于水，不能和水反应生成硅酸，A项错误；二氧化硅在高温下与碳酸钠的反应不能用作判断硅酸与碳酸
10、酸性强弱的依据，判断的依据是CO2通入Na2SiO3溶液中产生硅酸沉淀，得出H2CO3的酸性强于H2SiO3，C项错误，B项正确；二氧化硅可以与氢氟酸发生反应，D项错误。B【训练 2】下列反应中，SiO2 表现什么化学性质，在 AD 选项中选出正确答案。(1)SiO2Na2CO3=高温 Na2SiO3CO2_。(2)SiO22C=高温 Si2CO_。(3)SiO24HF=SiF42H2O_。A.作为玻璃的成分与氢氟酸反应而使玻璃能被雕刻B.将挥发性的酸性氧化物从其中代换出来C.弱氧化性D.强酸制弱酸 解析(1)该反应不是复分解反应，且SiO2对应的酸是H2SiO3，属于弱酸，其酸性小于H2CO
11、3酸性，故不属于强酸制弱酸。该反应之所以能发生是由于在加热条件下能将挥发性的酸酐从其中代换出来。(2)该反应是氧化还原反应，SiO2作氧化剂，证明SiO2具有氧化性。(3)玻璃中含有SiO2，能与HF发生反应而使玻璃腐蚀。答案(1)B(2)C(3)A【例3】(加试题)硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”，下列有关说法正确的是()A.硅的含量居第二位，在地球上有丰富的单质硅资源，如石英、水晶、码瑙的主要成分都是单质硅 B.硅相对于氢气便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是有开发价值的燃料 C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用玻璃塞 D.硅是一种良好的半导体材料，可用于制造电缆 答案 B【训练3】(加试题)下列关于硅及其化合物的叙述中正确的是()A.单质硅性质稳定，常温下不会与任何物质发生反应 B.实验室里熔化烧碱可用瓷坩埚 C.硅是光导纤维的主要原料 D.水玻璃可作黏合剂及耐火材料 答案 D