10-11高中化学课时讲练通课件：412 无机非金属材料的主角——硅（人教版必修1）（共51张PPT）
文档属性
| 名称 | 10-11高中化学课时讲练通课件：412 无机非金属材料的主角——硅（人教版必修1）（共51张PPT） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2011-11-13 19:00:58 | ||
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文档简介
(共52张PPT)
【典例1】（1）将下列硅酸盐改写成氧化物的形式：
①镁橄榄石（Mg2SiO4）:______；
②高岭石［Al2(Si2O5)(OH)4］:__________。
（2）许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写为氧化物形式，请继续改写以下物质：
HNO3：_________；HCOOH：__________；
KAl(SO4)2·12H2O：_________。
通过以上改写可知，HNO3对应的酸性氧化物为______，HCOOH在浓H2SO4的作用下可制_______气体（浓硫酸可以将某些物质中的H和O元素按照2∶1的比例脱去）。
（3）已知在一定条件下，Fe在Cl2中燃烧可以生成Fe3Cl8，它可以看作是FeCl2·2FeCl3。类似地，碘与Fe在一定条件下可得到Fe3I8，则它可以看作是______。
【思路点拨】解答本题必须明确如下三点：
（1）改写前后硅酸盐中各元素的化合价不变。
（2）酸酐是酸性氧化物，是含氧酸脱水后的产物。
（3）碘单质和铁反应生成FeI。
【自主解答】（1）将硅酸盐改写成氧化物时，根据改写规律，判断出各元素的化合价，找出各种形式的氧化物，并依据金属活动性，依次为金属氧化物→SiO2→
H2O；
（2）类比将硅酸盐改写成氧化物的形式，HNO3中氮元素为+5价，相应的氧化物为N2O5，所以需要将化学式中各原子个数都扩大2倍，可以得到如下氧化物的形式：N2O5·H2O。酸酐是酸脱水后的产物，所以HNO3的酸酐为N2O5。HCOOH可以写成CO·H2O的形式，在浓硫酸作用下脱水形成CO。KAl(SO4)2·12H2O中K为+1价，相应的氧化物为K2O，Al为+3价，相应的氧化物为Al2O3,S为+6价，相应的氧化物为SO3，因为化学式中Al和K都只有1个，所以需要先将化学式中所有的原子个数都扩大2倍，然后再改写成氧化物的形式：K2O·Al2O3·4SO3·24H2O。
（3）碘单质具有弱氧化性，只能将Fe氧化成+2价的铁，即Fe3I8中铁元素全部以FeI2形式存在，其余的碘则以碘单质的形式存在，即3FeI2·I2。
答案：（1）①2MgO·SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O
（2）N2O5·H2O CO·H2O K2O·Al2O3·4SO3·24H2O N2O5 CO
（3）3FeI2·I2
【典例2】硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：_____________________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：__________________________________；
H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是______________________________________。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是_________（填字母）。
A.碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等
B.氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
【思路点拨】解答本题应注意以下两点：
（1）依据题中信息和质量守恒定律写出反应方程式。
（2）结合硅及含硅化合物的性质分析各选项。
【自主解答】（1）①H2还原SiHCl3可制备Si，化学方程
式为SiHCl3+H2 KSi+3HCl
②SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、HCl和H2；用H2还原SiHCl3过程中若混入O2，则高温下H2与O2反应发生爆炸。
1 357
======
（2）A项，碳化硅硬度很大，可用于生产砂纸、砂轮等，B项，氮化硅熔点高，硬度大，可用于制作高温陶瓷或轴承。D项，普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3，无固定熔点，是由石英(SiO2)、石灰石、纯碱高温下反应产生的，化学方程式为
Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑，
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
E项，Si与HCl不反应。
高温
====
高温
====
答案：（1）①SiHCl3+H2 KSi+3HCl
②SiHCl3+3H2O====H2SiO3↓+3HCl+H2↑
高温下H2与O2混合发生爆炸
（2）A、B、C
1 357
======
知识点一：硅酸盐
1.下列不属于硅酸盐产品的是（ ）
A.陶瓷 B.水泥
C.玻璃 D.光导纤维
【解析】选D。光导纤维的主要成分为二氧化硅，不属于硅酸盐产品。
2.下列说法不正确的是（ ）
A.玻璃、陶瓷和水泥都是硅酸盐产品
B.SiO2既能与NaOH溶液反应又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物
C.氢氟酸不应装在玻璃瓶中
D.NaOH溶液、Na2SiO3溶液应装在带橡胶塞的玻璃瓶中
【解析】选B。A项中的三种物质称为传统硅酸盐材料；SiO2与氢氟酸反应产生SiF4气体，SiF4不是盐，因此SiO2不是两性氧化物，另外，SiO2除氢氟酸之外与其他强酸（H2SO4、HNO3等）均不反应。D项NaOH溶液、Na2SiO3溶液可盛放在玻璃瓶中，但溶液呈碱性，故用橡胶塞。
3.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Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为
CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B.镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·SiO2
C.正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·3SiO2
D.高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
【解析】选C。正确的表示方法是K2O·Al2O3·6SiO2。
知识点二：硅单质
4.下列说法错误的是（ ）
A.硅是制造太阳能电池的常用材料
B.二氧化硅是制造光导纤维的材料
C.常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等反应
D.水玻璃可用作木材防火剂
【解析】选C。硅原子的最外层有4个电子，因此决定了硅单质化学性质稳定，在常温下Si不与Cl2、强酸等发生化学反应，但可与F2、HF、NaOH等反应，因此C项错误，A、B、D选项说法正确。
5.有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应：
(1)C与烧碱反应生成A和水；
(2)A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D；
(3)B在空气中燃烧生成C；
(4)C在高温下与碳反应生成单质B。
根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：
A_______，B _______ ，C _______ ，D _______ 。
解题提示:该题的突破口是B，含硅物质在空气中燃烧生成C，而C又能与碳反应生成B，则B应为单质硅。
【解析】单质B应为硅，B在空气中的燃烧产物C为SiO2，SiO2与烧碱反应生成Na2SiO3和水，Na2SiO3和钙盐生成的沉淀D为CaSiO3。
答案：Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3
一、选择题（本题包括5个小题，每小题4分，共20分）
1.制取下列物质不需要用石灰石作原料的是（ ）
A.硅酸 B.水泥
C.玻璃 D.生石灰
【解析】选A。硅酸的制取主要是向硅酸盐中加比硅酸强的酸，如碳酸、盐酸等；水泥、玻璃的原材料中都有石灰石；生石灰的制取方法是煅烧石灰石。
2.（2009·广东理基）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
【解析】选C。②中的水晶是SiO2，不是硅酸盐制品，
③中制作光导纤维的材料是SiO2，不是单质硅，只有①、④正确。
3.在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是（ ）
A.F2 B.氢氟酸
C.KOH溶液 D.Cl2
【解析】选D。Si的性质不活泼，常温下除与F2、氢氟酸和强碱溶液反应外，不与其他物质反应，加热时可与O2、Cl2等反应。
4.（2010·福建高考）下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是（ ）
【解析】选C。
5.（双选）下列离子方程式中，不正确的是（ ）
A.石英与烧碱溶液反应：SiO2+2OH-====SiO32-+H2O
B.向烧碱溶液中通入过量的CO2：
CO2+2OH-====CO32-+H2O
C.向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H++SiO32-====H2SiO3↓
D.向碳酸钙上滴稀硝酸：CO32-+2H+====CO2↑+H2O
【解析】选B、D。B项通入过量CO2，产物应为HCO3-，D项碳酸钙为难溶物，应写成化学式。
二、非选择题（本题包括1个小题，共10分）
6.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)SiO2是玻璃的成分之一，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。
(2)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途是可做_______的原料。
(3)工业上常用2C+SiO2====Si+2CO↑制备硅单质，该反应中元素化合价升高的物质是______（填化学式，下同），氧化剂是_______。
【解析】(1)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。
(2)Na2SiO3的水溶液又称“水玻璃”，它具有阻燃的功能，因此可做防火剂。
(3)反应中C被氧化，SiO2中的 被还原，因此SiO2做氧化剂。
答案：（1）SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O 氢氟酸
（2）防火剂 （3）C SiO2
1.（4分）下列物质的反应过程符合图示过程的是( )
A.向CaCl2溶液中通入过量CO2
B.向水玻璃溶液中通入过量CO2
C.向澄清石灰水中通入过量CO2
D.向水玻璃溶液中加入过量盐酸
【解析】选C。A项不发生反应，B项生成沉淀，但沉淀不溶解，D项生成沉淀，但沉淀不溶解。
2.（16分）几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：（已知H4SiO4易失水为H2SiO3，H4SiO4不溶于水）
（1）写出图示反应的几种物质的化学式：
A______，B______，C______，D______，E______。
（2）写出下列反应的化学方程式：
①B→A:______________________________;
②B→E：_____________________________。
（3）写出下列溶液中反应的离子方程式：
①A→D：______________________________；
②D→H4SiO4：________________________。
【解析】本题的突破点在于A和B，含Si的物质与碳在加热的条件下能反应的只有Si和SiO2，所以A为Si，B为SiO2，则由Si的相关知识可推出C为H2SiO3，D为Na2SiO3,E为CaSiO3。
答案：（1）Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3
（2）①SiO2+2C Si+2CO↑
②CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
（3）①Si+2OH-+H2O====SiO32-+2H2↑
②SiO32-+CO2+2H2O====H4SiO4↓+CO32-
高温
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高温
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【典例1】（1）将下列硅酸盐改写成氧化物的形式：
①镁橄榄石（Mg2SiO4）:______；
②高岭石［Al2(Si2O5)(OH)4］:__________。
（2）许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写为氧化物形式，请继续改写以下物质：
HNO3：_________；HCOOH：__________；
KAl(SO4)2·12H2O：_________。
通过以上改写可知，HNO3对应的酸性氧化物为______，HCOOH在浓H2SO4的作用下可制_______气体（浓硫酸可以将某些物质中的H和O元素按照2∶1的比例脱去）。
（3）已知在一定条件下，Fe在Cl2中燃烧可以生成Fe3Cl8，它可以看作是FeCl2·2FeCl3。类似地，碘与Fe在一定条件下可得到Fe3I8，则它可以看作是______。
【思路点拨】解答本题必须明确如下三点：
（1）改写前后硅酸盐中各元素的化合价不变。
（2）酸酐是酸性氧化物，是含氧酸脱水后的产物。
（3）碘单质和铁反应生成FeI。
【自主解答】（1）将硅酸盐改写成氧化物时，根据改写规律，判断出各元素的化合价，找出各种形式的氧化物，并依据金属活动性，依次为金属氧化物→SiO2→
H2O；
（2）类比将硅酸盐改写成氧化物的形式，HNO3中氮元素为+5价，相应的氧化物为N2O5，所以需要将化学式中各原子个数都扩大2倍，可以得到如下氧化物的形式：N2O5·H2O。酸酐是酸脱水后的产物，所以HNO3的酸酐为N2O5。HCOOH可以写成CO·H2O的形式，在浓硫酸作用下脱水形成CO。KAl(SO4)2·12H2O中K为+1价，相应的氧化物为K2O，Al为+3价，相应的氧化物为Al2O3,S为+6价，相应的氧化物为SO3，因为化学式中Al和K都只有1个，所以需要先将化学式中所有的原子个数都扩大2倍，然后再改写成氧化物的形式：K2O·Al2O3·4SO3·24H2O。
（3）碘单质具有弱氧化性，只能将Fe氧化成+2价的铁，即Fe3I8中铁元素全部以FeI2形式存在，其余的碘则以碘单质的形式存在，即3FeI2·I2。
答案：（1）①2MgO·SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O
（2）N2O5·H2O CO·H2O K2O·Al2O3·4SO3·24H2O N2O5 CO
（3）3FeI2·I2
【典例2】硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅，三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：_____________________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：__________________________________；
H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是______________________________________。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是_________（填字母）。
A.碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等
B.氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
【思路点拨】解答本题应注意以下两点：
（1）依据题中信息和质量守恒定律写出反应方程式。
（2）结合硅及含硅化合物的性质分析各选项。
【自主解答】（1）①H2还原SiHCl3可制备Si，化学方程
式为SiHCl3+H2 KSi+3HCl
②SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、HCl和H2；用H2还原SiHCl3过程中若混入O2，则高温下H2与O2反应发生爆炸。
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（2）A项，碳化硅硬度很大，可用于生产砂纸、砂轮等，B项，氮化硅熔点高，硬度大，可用于制作高温陶瓷或轴承。D项，普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3，无固定熔点，是由石英(SiO2)、石灰石、纯碱高温下反应产生的，化学方程式为
Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑，
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
E项，Si与HCl不反应。
高温
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高温
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答案：（1）①SiHCl3+H2 KSi+3HCl
②SiHCl3+3H2O====H2SiO3↓+3HCl+H2↑
高温下H2与O2混合发生爆炸
（2）A、B、C
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知识点一：硅酸盐
1.下列不属于硅酸盐产品的是（ ）
A.陶瓷 B.水泥
C.玻璃 D.光导纤维
【解析】选D。光导纤维的主要成分为二氧化硅，不属于硅酸盐产品。
2.下列说法不正确的是（ ）
A.玻璃、陶瓷和水泥都是硅酸盐产品
B.SiO2既能与NaOH溶液反应又能与氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物
C.氢氟酸不应装在玻璃瓶中
D.NaOH溶液、Na2SiO3溶液应装在带橡胶塞的玻璃瓶中
【解析】选B。A项中的三种物质称为传统硅酸盐材料；SiO2与氢氟酸反应产生SiF4气体，SiF4不是盐，因此SiO2不是两性氧化物，另外，SiO2除氢氟酸之外与其他强酸（H2SO4、HNO3等）均不反应。D项NaOH溶液、Na2SiO3溶液可盛放在玻璃瓶中，但溶液呈碱性，故用橡胶塞。
3.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Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为
CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B.镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·SiO2
C.正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·3SiO2
D.高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
【解析】选C。正确的表示方法是K2O·Al2O3·6SiO2。
知识点二：硅单质
4.下列说法错误的是（ ）
A.硅是制造太阳能电池的常用材料
B.二氧化硅是制造光导纤维的材料
C.常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等反应
D.水玻璃可用作木材防火剂
【解析】选C。硅原子的最外层有4个电子，因此决定了硅单质化学性质稳定，在常温下Si不与Cl2、强酸等发生化学反应，但可与F2、HF、NaOH等反应，因此C项错误，A、B、D选项说法正确。
5.有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应：
(1)C与烧碱反应生成A和水；
(2)A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D；
(3)B在空气中燃烧生成C；
(4)C在高温下与碳反应生成单质B。
根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：
A_______，B _______ ，C _______ ，D _______ 。
解题提示:该题的突破口是B，含硅物质在空气中燃烧生成C，而C又能与碳反应生成B，则B应为单质硅。
【解析】单质B应为硅，B在空气中的燃烧产物C为SiO2，SiO2与烧碱反应生成Na2SiO3和水，Na2SiO3和钙盐生成的沉淀D为CaSiO3。
答案：Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3
一、选择题（本题包括5个小题，每小题4分，共20分）
1.制取下列物质不需要用石灰石作原料的是（ ）
A.硅酸 B.水泥
C.玻璃 D.生石灰
【解析】选A。硅酸的制取主要是向硅酸盐中加比硅酸强的酸，如碳酸、盐酸等；水泥、玻璃的原材料中都有石灰石；生石灰的制取方法是煅烧石灰石。
2.（2009·广东理基）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
【解析】选C。②中的水晶是SiO2，不是硅酸盐制品，
③中制作光导纤维的材料是SiO2，不是单质硅，只有①、④正确。
3.在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是（ ）
A.F2 B.氢氟酸
C.KOH溶液 D.Cl2
【解析】选D。Si的性质不活泼，常温下除与F2、氢氟酸和强碱溶液反应外，不与其他物质反应，加热时可与O2、Cl2等反应。
4.（2010·福建高考）下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是（ ）
【解析】选C。
5.（双选）下列离子方程式中，不正确的是（ ）
A.石英与烧碱溶液反应：SiO2+2OH-====SiO32-+H2O
B.向烧碱溶液中通入过量的CO2：
CO2+2OH-====CO32-+H2O
C.向硅酸钠溶液中加入盐酸：2H++SiO32-====H2SiO3↓
D.向碳酸钙上滴稀硝酸：CO32-+2H+====CO2↑+H2O
【解析】选B、D。B项通入过量CO2，产物应为HCO3-，D项碳酸钙为难溶物，应写成化学式。
二、非选择题（本题包括1个小题，共10分）
6.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)SiO2是玻璃的成分之一，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。
(2)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途是可做_______的原料。
(3)工业上常用2C+SiO2====Si+2CO↑制备硅单质，该反应中元素化合价升高的物质是______（填化学式，下同），氧化剂是_______。
【解析】(1)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。
(2)Na2SiO3的水溶液又称“水玻璃”，它具有阻燃的功能，因此可做防火剂。
(3)反应中C被氧化，SiO2中的 被还原，因此SiO2做氧化剂。
答案：（1）SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O 氢氟酸
（2）防火剂 （3）C SiO2
1.（4分）下列物质的反应过程符合图示过程的是( )
A.向CaCl2溶液中通入过量CO2
B.向水玻璃溶液中通入过量CO2
C.向澄清石灰水中通入过量CO2
D.向水玻璃溶液中加入过量盐酸
【解析】选C。A项不发生反应，B项生成沉淀，但沉淀不溶解，D项生成沉淀，但沉淀不溶解。
2.（16分）几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：（已知H4SiO4易失水为H2SiO3，H4SiO4不溶于水）
（1）写出图示反应的几种物质的化学式：
A______，B______，C______，D______，E______。
（2）写出下列反应的化学方程式：
①B→A:______________________________;
②B→E：_____________________________。
（3）写出下列溶液中反应的离子方程式：
①A→D：______________________________；
②D→H4SiO4：________________________。
【解析】本题的突破点在于A和B，含Si的物质与碳在加热的条件下能反应的只有Si和SiO2，所以A为Si，B为SiO2，则由Si的相关知识可推出C为H2SiO3，D为Na2SiO3,E为CaSiO3。
答案：（1）Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3
（2）①SiO2+2C Si+2CO↑
②CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
（3）①Si+2OH-+H2O====SiO32-+2H2↑
②SiO32-+CO2+2H2O====H4SiO4↓+CO32-
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