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2012高考化学一轮复习课件:专题3第3单元 含硅矿物与信息材料 知识研习(苏教版)


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1.了解硅单质及其重要化合物的 课程标 主要性质及其应用。 准 2.了解硅单质及其重要化合物对 环境质量的影响。 1.以含硅物质为原料制成的材料 在现实生活中的作用。 2.利用硅单质及其化合物(SiO2) 考点展 的性质进行的物质性质实验和 示 推断。 立体设计· 走进新课堂 3.理解

(或设计)材料生产的简易

一、硅 1.工业制取
高温 SiO2+2C===== Si+2CO↑, 反应的化学方程式为:

? 高温 Si+2Cl2 ===== SiCl4 ? , 高温 SiCl4+2H2 ===== Si+4HCl 。 ? ? 2.物理性质 ? 晶体硅的结构与金刚石类似,熔点和沸点 大 都很高,硬度 。 立体设计· 走进新课堂

3.化学性质 稳定 ? 在常温下,单质硅性质 ,与氧气、氯气、 硝酸、硫酸等物质都很难发生反应,但能 与氟气、氢氟酸、强碱反应。 ? 4.硅的用途 半导体 ? 硅晶体是一种重要的 材料,广 电子 泛应用于 工业的各个领域。

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二、二氧化硅 1.物理性质 高 大 ? 二氧化硅是一种熔沸点 、硬度 难溶 的氧 化物, 于水。 ? 2.化学性质 ? (1)常温下,与NaOH溶液反应,化学方程 SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O 式为: ? 。

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? (2)常温下,SiO2能与氢氟酸(HF)反应生成 SiF4和H2O,反应的化学方程式为: ? SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O , 此 反 应 常 用 于 刻蚀玻璃。 ? (3)高温下,能和碱性氧化物(如CaO)反应 高温 SiO2+CaO ===== CaSiO3 生成硅酸盐,反应的化学方程式为: 。

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3.存在及用途 水泥、沙子 ? 二氧化硅广泛存在于自然界中,是 光导纤维 等的主要成分。SiO2可用于制造 、光学镜片、石英、坩埚等,制取 单质硅。

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? [想一想1]盛放碱液的玻璃瓶能不能用玻璃 塞?为什么? ? 提示:玻璃中含有SiO2 ,SiO2 与碱液起反 应生成SiO2- 3 ,因此盛放碱溶液的玻璃 瓶不能用玻璃塞,以防粘住。通常呈碱性 的 溶 液 , 如 石 灰 水 、 Na2CO3 溶 液 、 NaHCO3 溶 液 、 Na2S 溶 液 、 NaHS 溶 液 、 Na3PO4溶液、 溶液等都不能用带 玻璃塞的试剂瓶贮存。
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? 三、硅酸盐矿物与硅酸盐产品 ? 1.硅酸盐矿物的组成 ? ?硅酸盐的组成比较复杂,常用氧化物的 ZrO2·SiO2 2 形式表示,如锆石: Al2O3·SiO,红柱石: 3CaO·Al2O3·3SiO2 2MgO·SiO2 ,钙铝石榴子石: ,镁橄榄石: 。 ? 2.硅酸钠的应用 可溶于水 水玻璃 黏合剂、灭火材料 ? (1)Na2SiO3是极少数 的硅酸盐 中的一种,Na2SiO3的水溶液俗称 , 常 用作 等。 立体设计· 走进新课堂

? (2)制备硅酸:往Na2SiO3溶液中通入CO2, 制得硅酸,反应的化学方程式为: ? Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓ 。

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? [想一想2]向Na2SiO3 溶液中通入CO2 可得 H2SiO3,证明酸性H2CO3>H2SiO3,而高温 条件下,Na2CO3 可与SiO2 反应生成CO2 。 二者是否矛盾? ? 提示:反应方程式分别为 高温 ? Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3 ===== ① ? Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑② ? 其实两反应并不矛盾。①是在水溶液中进 行的,由于H2CO3 酸性比H2SiO3 强,所以 H2CO3跟Na2SiO3溶液反应生成H2SiO3。② 立体设计· 走进新课堂

? ? ? ? ?

3.硅酸盐产品 (1)水泥 黏土、石灰石 。 ①原料: 水泥回转窑 ②主要设备: ③反应条件:高温 。



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? ? ? ? ?

(2)玻璃 石灰石、纯碱、石英 。 ①原料: 玻璃熔炉 ②主要设备: 。 ③反应条件:高温 。 ④主要成分:Na2O·CaO·6SiO2



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? (3)陶瓷 ? 我国古代人民掌握的制陶技术是人类最早 硅酸盐 进行的 工艺,也是人类最早从 事的化学工艺之一。

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? 硅及其化合物的特性及应用

物质

一般规律
硅还原性大于碳

硅及其化合物特 高温 性 ===== 2C+SiO2 Si +2CO↑
硅可与强碱溶液 反应产生H2 Si+4HF===SiF4↑ +2H2↑

非金属单质与强 碱溶液一般不 产生H2 Si 非金属一般不与 非氧化性酸反 应 立体设计· 走进新课堂

物 质

一般规律

硅及其化合物特性

酸性氧化物一般 SiO2不溶于水,不与水 与水反应生成 反应 相应酸 酸性氧化物一般 SiO2+4HF=== SiF4↑ 高温 ===== 不与酸发生复 +2H2O 分解反应 高温 ===== SiO 但以下反应不符合此规 2 律: “较强酸制较弱 酸”是复分解 立体设计· 走进新课堂

物质 一般规律 硅及其化合物特性 H2SiO 无机酸一般易 硅酸难溶于水 溶于水 3 常见的可溶硅酸盐 为Na2SiO3,水溶 硅酸 大多数硅酸盐 液称水玻璃、泡 盐 难溶于水 花碱,具有黏合 性
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? 【案例1】 根据下图所示A、B、D、E的 变化关系,回答下列问题:

? (1)写出A、D的名称:A:________,D: ________。 ? (2) 写 出 B→A 的 化 学 方 程 式 : __________________。 ? (3)写出下列反应的离子方程式: ? A→E : 立体设计· 走进新课堂 ________________________________;

? 【解析】 由图示分析:A与O2反应生成 B,而B与碳在高温下反应生成A,可推知 A是单质,B是氧化物。而A、B均能与 NaOH溶液反应,应确认A是硅,B是二氧 化硅,则E是硅酸钠,D是硅酸。 高温 ? 【答案】 ===== 硅酸 (1)硅 ? (2)SiO2+2C Si+2CO↑ ? (3)Si+2OH-+H2O===SiO32-+2H2↑ ? SiO2+2OH-===SiO32-+H2O
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? 【规律方法】 与元素硅有关的几个问题: ①在常温下硅的化学性质虽然很稳定,但 自然界中没有游离态的硅存在;②单质硅 虽然是原子晶体,但可以做半导体材料; ③单质硅与强碱水溶液反应能生成氢气, 与氢氟酸反应也能生成氢气,这是其他非 金属单质所不具有的性质;④碳在高温下 与二氧化硅反应只能被氧化为CO,而不 能被氧化为CO2,这一反应是非金属把另 一非金属从其氧化物中还原成单质的一个 特例;⑤硅酸是弱酸,不溶于水是其特性。 立体设计· 走进新课堂

? 【 即 时 巩 固 1】 下 列 物 质 : ① 氢 氟 酸 ②浓H2SO4 ③烧碱溶液 ④Na2CO3 固体 ⑤氧化钙 ⑥浓HNO3 。其中在一定条件 下能与SiO2反应的有( ) ? A.①②⑥ B.全部 ? C.①③④⑤ D.②③⑥

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? 【解析】 SiO2是酸性氧化物,具有酸性 氧化物的通性,故可以与碱及碱性氧化物 反应;另外,SiO2也可以与Na2CO3、氢氟 酸反应。 ? 【答案】 C

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? 硅、碳重要化合物的比较 ? 1.SiO2和CO2

物质 化学式

二氧化硅 SiO2

二氧化碳 CO2

硬度大, 熔、沸点 熔、沸 低,常 点高, 主要物理 温下为 常温下 性质 气体, 为固体, 微溶于 立体设计· 走进新课堂 不溶于 水

物质 ①与水反 应

二氧化硅 不反应

二氧化碳 CO2+H2O?? H2CO3

SiO2+ 4HF=== ②与酸反 不反应 应 SiF4↑+ 2H2O 高温 ===== SiO2+ CO2+ 2NaOH=== 2NaOH=== Na2SiO高温 Na2CO3△ 2O +H ③与碱反 3+ ===== ===== 应 H2O,盛碱 或CO2+ 化 NaOH===NaH 学 立体设计· 走进新课堂液的试剂瓶

? 2.H2CO3和H2SiO3 H2CO3 H2SiO3 酸 均为弱酸,且酸性:H2CO3>H2SiO3 性 水 难溶于水 溶 能溶于水 △ ===== 性 受热时易分解, 稳 高温 常温下易分解生成 化学方程式为: ===== 定 H2SiO3 SiO2 CO2和H2O 性 +H2O 立体设计· 走进新课堂

【案例2】 下列说法正确的是(

)

A.二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟强碱反应,但不 能与任何酸反应 高温 B.根据反应SiO2+CaCO3 ===== CaSiO3+CO2↑可推 知硅酸酸性比碳酸强 C.二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以用来制得硅酸 D.CO2与SiO2均可溶于水生成对应的酸

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? 【解析】 本题主要考查了SiO2性质及 SiO2与CO2性质的比较。二氧化硅可以跟 氢氟酸反应,反应方程式为SiO2+ 4HF===SiF4↑+2H2O,所以A不正确;B项 反应只有在高温条件下才能进行,由于 CO2是气体,生成后脱离反应体系使反应 得以继续进行,但这不能说明硅酸的酸性 比碳酸强,比较硅酸和碳酸的酸性强弱要 比较它们在水溶液中电离出H+的难易程 度;H2CO3酸性比H2SiO3强,故可用 H2CO3制取H2SiO3,C项正确,反应方程 式为Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+ 立体设计· 走进新课堂

? 【答案】 C
【 规 律 方 法】 高温 SiO2 + 2C===== Si + 2CO ↑ 和 SiO2 + 高温 Na2CO3=====Na2SiO3 +CO2↑两个反应之所以能够发生, 是因为 它们是在非溶液中而且是在高温条件下进行的,产生的 CO 和 CO2 脱离反应体系,从而使反应能够进行到底;与以上反 △ 应类似的还有 Na+KCl=====NaCl+K↑,通过控制温度,使 金属钾以气态形式脱离反应体系,上述反应即可发生并进行 到底。

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? 【即时巩固2】 光导纤维的主要成分为 SiO2,请回答下列问题: ? (1)下列说法不正确的是( ) ? A.SiO2 和CO2 都是酸性氧化物,均可与 NaOH溶液反应 ? B.水晶项链、石英钟都是硅酸盐制品 ? C.SiO2和CO2在一定条件下均可与CaO发 生反应 ? D.SiO2不溶于水,而CO2可与水反应,生 成H2CO3 立体设计· 走进新课堂

? (2)将过量的CO2分别通入:①CaCl2溶液; ②Na2SiO3 溶液;③Ca(OH)2 溶液;④饱和 Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出 的是( ) ? A.①②③④ B.②④ ? C.①②③ D.②③

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? 【解析】 (1)水晶项链,石英钟的主要成 分都是SiO2 ,不是硅酸盐制品;SiO2 是一 种酸性氧化物,可与强碱及CaO发生反应。

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? (2)CO2 溶 于 水 : CO2 + H2O===H2CO3 , H2CO3 的酸性比盐酸弱,而比硅酸强,根 据酸与盐反应的规律,CO2通入CaCl2溶液 无明显现象(一般弱酸不能制强酸);过量 的 CO2 通 入 Na2SiO3 溶 液 中 有 白 色 沉 淀 H2SiO3生成;CO2通入Ca(OH)2溶液至过量: Ca(OH)2 +CO2===CaCO3↓+H2O,CaCO3 + H2O + CO2===Ca(HCO3)2 , 最 终 生 成 Ca(HCO3)2而无沉淀产生;过量CO2通入饱 和 Na2CO3 溶 液 中 : Na2CO3 + H2O + CO2===2NaHCO3,生成的NaHCO3溶解度 比Na 立体设计· 2CO3溶解度小而结晶析出。 走进新课堂

? 1.盐化学式法 ? 例如:硅酸钠Na2SiO3 、硅酸钙CaSiO3 等。 此法一般用于组成较简单的硅酸盐。

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? ? ? ? ? ? ? ?

2.氧化物法 例如: 高岭土:Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉:CaO·3MgO·4SiO2 沸石:Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O 云母:K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 滑石:3MgO·4SiO2·H2O 长石:K2O·Al2O3·6SiO2

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? 氧化物的顺序:活泼金属氧化物→较活泼 金属氧化物→二氧化硅→水。 ? 氧化物前系数配置原则:除氧元素外,其 他元素按配置前后原子个数守恒原则配置 系数。

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注意: ①氧化物之间以“· ”隔开; ②系数配置出现分数 1 1 应化为整数。 如长石 KAlSi3O8 不能写成 K2O·Al2O3· 3SiO2, 2 2 应写成 K 2O· 2O3· Al 6SiO2。

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? 灵犀一点: ? 由于硅酸盐的组成与结构很复杂,为了简 化对硅酸盐组成的表示方法,采用了氧化 物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形 式存在的,而是以各种结构复杂的盐的形 式存在的。

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? 【案例3】 (1)将下述复杂硅酸盐改写成 氧化物形式: ?① KAlSi3O8____________________________ _______。 ?② Al2Si2O5(OH)4________________________ _____。 ? (2)北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉 璧由昆仑玉制成,昆仑玉的成分可简单看 成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2,则其用二氧化硅 立体设计· 走进新课堂

? 【解析】 用氧化物表示硅酸盐时的顺序 为活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→ 非金属氧化物→二氧化硅→水。 ? 【答案】 (1)①K2O·Al2O3·6SiO2 ? ②Al2O3·2SiO2·2H2O ? (2)2CaO·5MgO·8SiO2·H2O

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? 【规律技巧】 ①硅酸盐无论以何种形式 表示,其组成及成分是固定不变的,即性 质是不变的。 ? ②硅酸盐用氧化物的形式表示时,必须遵 循各元素化合价不变的原则。

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? 【 即 时 巩 固 3】 Al2O3·2SiO2·2H2O 是 ( ) ? A.混合物 B.铝酸盐 ? C.两种氧化物的水化物 D.硅酸盐 ? 【 解 析 】 Al2O3·2SiO2·2H2O 是 硅 酸 盐 Al2Si2O5(OH)4的氧化物表示法。 ? 【答案】 D

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