第三单元 含硅矿物与信息材料
第一课时 硅酸盐矿物与硅酸盐产品
基础巩固
1.下列不属于硅酸盐工业产品的是( )
A.水泥 B.玻璃
C.陶瓷 D.化肥
解析:硅酸盐工业是指制玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐产品的工业。
答案:D
2.汽车、火车窗玻璃是( )
A.石英玻璃
B.光学玻璃
C.玻璃纤维
D.钢化玻璃
解析:钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4~6倍,不易破碎,且破碎时,碎块没有尖利的棱角。
答案:D
3.陶瓷已广泛应用于生活和生产中,下列不属于陶瓷制品的是( )
A.电器中的绝缘瓷管
B.实验室中的坩埚
C.实验室中的试管
D.建筑上烧制的砖瓦
解析:实验室中试管的成分是玻璃。
答案:C
4.下列有关制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中,错误的是 ( )
A.生产所用设备相同
B.反应都在高温的条件下进行
C.原料中均有石灰石
D.都发生复杂的物理、化学变化
解析:制取水泥的设备是水泥回转窑,制取玻璃的设备是玻璃熔炉。
答案:A
5.下列说法中正确的是( )
A.普通玻璃呈浅绿色是由于含Fe3+
B.坩埚、烧杯都属于陶瓷制品
C.唐三彩是一种玻璃制品
D.高温下CaSiO3比CaCO3稳定
解析:普通玻璃呈浅绿色是由于含Fe2+, ( http: / / www.21cnjy.com )A不正确;烧杯属于玻璃制品,B不正确;唐三彩属于陶瓷制品,C不正确;CaCO3和SiO2在高温下反应生成CaSiO3,所以CaSiO3比CaCO3稳定,D正确。
答案:D
6.Al2O3·2SiO2·2H2O是一种( )
A.含氧酸 B.硅酸盐
C.铝酸盐 D.混合物
解析:硅酸盐常用氧化物的形式来表示。
答案:B
7.关于玻璃的叙述中,错误的是( )
A.不是晶体,没有一定的熔点
B.普通玻璃组成可用Na2O·CaO·6SiO2表示
C.氢氟酸能腐蚀玻璃,是因为氢氟酸是强酸
D.制造普通玻璃的原料中,石英是过量的
解析:普通玻璃的组成是Na2O·CaO·6 ( http: / / www.21cnjy.com )SiO2,普通玻璃是一种混合物,没有一定的熔点;氢氟酸能腐蚀玻璃,是因为氢氟酸能和玻璃中的SiO2反应。
答案:C
8.下列说法中不正确的是( )
A.硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅
B.水泥、普通玻璃都是混合物
C.生产水泥和玻璃都必须用石灰石
D.用纯净的石英制成石英玻璃,它的膨胀系数小,常用来制造耐高温的化学仪器
解析:制水泥的原料是黏土和石灰石,制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石中都不含有硅。
答案:A
9.(1)制造普通水泥的主要原料有 和 。
(2)工业上制造普通玻璃的主要原料是 、 、 ,设备是 ,普通玻璃的成分是 。
解析:本题主要考查水泥、玻璃的有关知识,要求记忆水泥、玻璃的有关知识。
答案:(1)黏土 石灰石
(2)纯碱 石灰石 石英 玻璃熔炉 Na2O·CaO·6SiO2
10.把13 g含有SiO2的CaCO3固体在高温下加热到质量不再改变,冷却后称量为8.6 g。
(1)写出可能发生反应的化学方程式。
(2)生成的CO2在标准状况下的体积是多少升
(3)原物质中含SiO2的质量是多少克
解析:(1)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
CaCO3CaO+CO2↑
(2)m(CO2)=13g-8.6g=4.4g,
V(CO2)=×22.4L·mol-1=2.24L。
(3)CaCO3 ~ CO2
100g 44g
m(CaCO3) 4.4g
m(CaCO3)=10g
所以原物质中含m(SiO2)=13g-10g=3g。
答案:(1)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,CaCO3CaO+CO2↑
(2)2.24 L
(3)3 g
能力提升
1.根据水泥和玻璃的生产,总结出硅酸盐工业的一般特点是 ( )
①生成物是硅酸盐 ②反应条件是高温 ③含有硅的物质作原料 ④反应原理是一系列复杂的物理、化学变化
A.①③
B.①②③
C.①③④
D.①②③④
解析:该题主要考查我们归纳知识的能力。
答案:D
2.世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李 ( http: / / www.21cnjy.com )约瑟博士考证说:“中国至少在距今3 000年以前,就已经使用玻璃了。”下列关于玻璃的叙述中,正确的是( )
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料
B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C.制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
D.普通玻璃是由硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅简单地混合在一起形成的
解析:由题意可知,陶器应是 ( http: / / www.21cnjy.com )人类最早使用的硅酸盐材料。玻璃没有固定的熔点,其主要原料是纯碱、石灰石和石英。普通玻璃是在玻璃熔炉中熔合而成的一种由硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅组成的复杂的物质。
答案:C
3.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于( )
A.氧化铝
B.二氧化硅
C.硅酸盐
D.合金
解析:唐三彩属于瓷器,秦兵马俑制品属于陶器,它们的主要成分都是硅酸盐。
答案:C
4.下列具有特殊性能的材料中,全部由非金属元素形成的化合物是( )
A.透明陶瓷材料硒化锌
B.氧化铝陶瓷(人造刚玉)
C.超硬物质氮化硅陶瓷
D.超导材料K3C60
解析:注意“全部由非金属元素形成”的信息。A、B、D三项中物质同时含金属和非金属元素,不符合要求。
答案:C
5.绿柱石称为绿宝石,其主要成分为BenAl2[Si6O18],也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示,则n为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:在]中,2n+3×2+4×6=2×18,n=3。
答案:C
6.钢化玻璃的主要用途之一是制造汽车车窗,合成钢化玻璃的主要原料是( )
A.纯碱、石灰石、石英
B.纯碱、石灰石、石英、硼酸盐
C.碳酸钾、石灰石、石英
D.水玻璃、石灰石、石英、氧化铅
解析:A项钢化玻璃的化学成分与普通玻璃 ( http: / / www.21cnjy.com )完全相同,把普通玻璃熔化后急速冷却,得到钢化玻璃,而制普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英;B项原料制硼酸盐玻璃,用于制造化学仪器,它的膨胀系数小,能够耐骤冷、骤热,化学稳定性好,耐酸、碱腐蚀;C项原料制钾玻璃。
答案:A
7.精细陶瓷(又称特种陶瓷)在现代科技中的应用前景很广。在SiO2中加入少量PbCl2研磨成极细的颗粒,经高温烧结制成多孔烧结体。这种多孔烧结体具有相当大的表面积,将它和电子元件及仪表组成“电子鼻”,被称为“人工神鼻”,冰箱泄漏的氟利昂浓度达也能“嗅”出。下列关于“人工神鼻”的叙述中,错误的是( )
A.“人工神鼻”大大超过了人的嗅觉
B.“人工神鼻”吸附气体的能力极强
C.“人工神鼻”可广泛用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警
D.“人工神鼻”易溶于水
解析:因为多孔,所以表面积大,吸附能力强;“人工神鼻”属硅酸盐,不易溶于水。
答案:D
8.矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的,此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。
例如钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土
[Al2Si2O5(OH)4],此反应的离子方程式为:
2KAlSi3O8+2CO2+11H2O2K++2HC+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4。
(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物。
①KAlSi3O8 ,
②Al2Si2O5(OH)4 。
(2)上述反应能够发生的原因是
。
解析:(1)将复杂硅酸盐化学式改写 ( http: / / www.21cnjy.com )成氧化物时,只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物,并用“·”将它们连起来,但需注意各种原子个数比要符合原来的组成比。在某种(或几种)氧化物前加合适的化学计量数。
①KAlSi3O8:K2O·Al2O3·6SiO2,
②Al2Si2O5(OH)4:Al2O3·2SiO2·2H2O。
(2)分析反应前后物质的种类,可知此反应属于酸与盐发生的复分解反应,是由于酸性H2CO3>H4SiO4,发生了较强的酸制较弱的酸的反应。
答案:(1)①K2O·Al2O3·6SiO2
②Al2O3·2SiO2·2H2O
(2)由于酸性H2CO3>H4SiO4,发生了较强的酸制较弱的酸的反应第二课时 二氧化硅与硅单质
基础巩固
1.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、玛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
2.熔融烧碱应选用的器皿是( )
A.石英坩埚
B.普通玻璃坩埚
C.生铁坩埚
D.陶瓷坩埚
解析:石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2,高温下,烧碱能与SiO2反应而使坩埚腐蚀,铁在高温下不与NaOH反应,故应选用生铁坩埚。
答案:C
3.下列物质的主要成分不是SiO2的是( )
A.水晶 B.石英
C.沙子 D.刚玉
解析:刚玉的主要成分为氧化铝。
答案:D
4.能贮存在具有玻璃塞的磨口试剂瓶里的试剂是( )
A.HF溶液
B.KOH溶液
C.盐酸
D.水玻璃
解析:碱溶液和硅酸钠溶液不能贮存在具有玻璃塞的磨口试剂瓶里。
答案:C
5.单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。用化学方法可制得高纯度硅,其化学方程式为:
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+2Cl2SiCl4
③SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
下列对上述三个反应的叙述中,错误的是( )
A.①③为置换反应
B.②为化合反应
C.①②③均为氧化还原反应
D.三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析:反应①③中硅元素被还原,反应②中硅元素被氧化,D错误。
答案:D
6.关于地壳中含量占第一位与第二位的元素之间形成的化合物,下列说法正确的是( )
A.可溶于水,显酸性
B.它的化学性质不活泼
C.是酸性氧化物,不溶于任何酸
D.它的熔点较低,物理性质类似于CO2
解析:地壳中含量居第一位、第二位的分别是O、Si,它们形成的化合物是SiO2,SiO2不溶于水,不与水反应,熔点较高,硬度较大,物理性质和CO2的差异很大,故A、D均不正确。SiO2虽是酸性氧化物,与很多酸不反应,但能与氢氟酸反应:SiO2+4HFSiF4↑+2H2O,故C不正确。SiO2的化学性质比较稳定,B正确。
答案:B
7.有些科学家提出硅是“21世纪的能源 ( http: / / www.21cnjy.com )”,这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法不正确的是( )
A.高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片
B.硅可由二氧化硅还原制得
C.常温时硅与水、空气和酸不反应,但能与氢氟酸反应
D.自然界硅元素的贮量丰富,并存在大量的单质硅
解析:硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧化合,所以自然界中无单质硅存在。
答案:D
8.除去括号中的杂质,将操作方法和化学方程式填入表中。
操作方法 化学方程式
①SiO2(CaCO3)
②SiO2(CaO)
③SiO2(Fe2O3)
解析:SiO2不溶于盐酸,CaCO3、CaO、Fe2O3都能溶于盐酸,所以都可以加入盐酸,然后过滤。
答案:①加盐酸、过滤 CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
②加盐酸,过滤 CaO+2HClCaCl2+H2O
③加盐酸,过滤 Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O
9.实验室里盛放碱液的试剂瓶瓶 ( http: / / www.21cnjy.com )塞不能用玻璃塞,是因为 。检验生石灰里含有石英和石灰石的方法是 。
解析:碱液可以与玻璃中的SiO2反应。检验生石灰里含有石英和石灰石可用盐酸。
答案:碱液可腐蚀玻璃 加足量盐酸,有不溶物存在及有气体放出,则有石英和石灰石
10.判断下列说法的正误,并加以解释(在括号中填正误,横线上填解释)。
(1)二氧化硅溶于水显酸性。( )
。
(2)二氧化碳通入水玻璃可得到硅酸。( )
。
(3)已知高温时有CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强。( )
。
(4)因为二氧化硅属于酸性氧化物,所以它不溶于任何酸。( ) 。
解析:(1)二氧化硅不溶于水,也不与水反应;(2)碳酸的酸性比硅酸酸性强,所以二氧化碳通入水玻璃可得到硅酸;(3)高温时有CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,只能说高沸点的二氧化硅可制取低沸点的二氧化碳;(4)二氧化硅溶于氢氟酸。
答案:(1)错 二氧化硅不溶于水,也不与水反应
(2)正确 碳酸的酸性比硅酸酸性强
(3)错 只能说高沸点的二氧化硅可制取低沸点的二氧化碳
(4)错 二氧化硅溶于氢氟酸
能力提升
1.下列有关物质的用途(括号中为用途)错误的是( )
A.硅(半导体材料)
B.二氧化硅(制电线)
C.水玻璃(用作黏合剂)
D.MgO(用作耐火材料)
解析:二氧化硅不能导电,不能用来制电线,它是制光导纤维的材料。
答案:B
2.光纤通信是20世纪70年代后期发展 ( http: / / www.21cnjy.com )起来的一种新型通信技术,目前长距离光纤通信系统已投入使用,光纤通信的光学纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成的( )
A.碳
B.石英
C.锗
D.硅
解析:光纤通信的光学纤维是由SiO2经特殊工艺制成的。
答案:B
3.下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是( )
A.SiO2→Si
B.CO2→C
C.SiO2→H2SiO3
D.Al2O3→NaAlO2
解析:SiO2与焦炭在高温下可生成硅,A可 ( http: / / www.21cnjy.com )一步完成;CO2与镁可生成碳,B可一步完成;SiO2不溶于水,不能和水反应生成H2SiO3,C不可一步完成;Al2O3可与NaOH反应生成NaAlO2,D可一步完成。
答案:C
4.反应SiO2+3CSiC+2CO↑中的氧化剂与还原剂的物质的量之比为( )
A.1∶3
B.3∶1
C.1∶2
D.2∶1
解析:该反应中只有C的化合价发生变化,其中1个C原子的化合价降低,2个C原子的化合价升高,故选C。
答案:C
5.氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO,下列说法正确的是( )
A.在氮化硅的合成反应中,N2是还原剂,SiO2是氧化剂
B.上述反应中每生成1 mol Si3N4,N2得到12 mol电子
C.该反应属于四个基本反应类型之一
D.该反应无有毒气体产生,不需要尾气处理装置
解析:N元素的化合价降低,N ( http: / / www.21cnjy.com )2为氧化剂,碳为还原剂,SiO2中元素化合价没有变化,A不正确;N的化合价从0价降低到-3价,B正确;该反应不属于四个基本反应类型之一,C不正确;该反应生成有毒气体CO,要有尾气处理装置,D不正确。
答案:B
6.光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一,它使信息科学迅猛发展。光导纤维的主要成分是( )
A.CaCO3
B.SiO2
C.Na2SiO3
D.CaSiO3
解析:光导纤维的主要成分是SiO2,CaCO3是石灰石、大理石的主要成分,Na2SiO3是水玻璃的主要成分。
答案:B
7.A、B、C、D四种物质均含有硅元素,各物质之间的相互转化关系如下图所示:
已知:C是A与烧碱溶液反应的产物。
据此,回答下列问题:
(1)试写出各物质的化学式:A ,B ,C ,D 。
(2)写出AB的化学方程式: 。
(3)分别写出AC,CD的离子方程式: , 。
解析:由A、B、C、D均含有硅元素,且C是A与NaOH溶液反应的产物,可知C是Na2SiO3,D是H2SiO3,A是SiO2,B是Si。
答案:(1)SiO2 Si Na2SiO3 H2SiO3
(2)SiO2+2CSi+2CO↑
(3)SiO2+2OH-Si+H2O Si+2H+H2SiO3↓
8.获取知识和信息是现代人不可缺少的素质,信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。
(1)光导纤维是一种高质量传导光的玻璃纤维,利用光缆通信,能同时传输大量信息。制造光纤电缆的主要原材料的化学式是 。
信息产业的核心材料是高纯度的硅,高纯度的单晶硅的生产方法之一:SiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸点31.5 ℃)Si超纯硅(多晶硅)→单晶硅
近代用得较多的另一种方法(之二)是:用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用得硅烷(SiH4),再加热分解得高纯硅。
单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等,硅纯度越高,大规模集成电路的性能就越好。
根据上述信息回答以下问题:
(2)从方法一生产单晶硅的过程看,由碳还原得到的硅为何还要进一步处理
(3)写出方法二中生产高纯硅的两个化学方程式: 、 。
解析:本题考查了硅、二氧化硅的性质、用途。光导纤维的主要成分是SiO2。由题信息,硅是越纯越好,由碳还原得到的是粗硅,需要提纯。
答案:(1)SiO2
(2)由碳还原SiO2得到的单质硅中,杂质含量过高,将它用HCl、Cl2处理得到低沸点的SiHCl3,便于蒸发提纯,然后再还原得到高纯硅。
(3)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑ SiH4Si+2H2
