1、第二节硅及其化合物无机非金属材料第二节硅及其化合物无机非金属材料复习目标展示复习目标展示1.掌握掌握Si、SiO2、Na2SiO3等物质的结构、性质、用途。等物质的结构、性质、用途。2.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特征及应用。了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特征及应用。第一页，编辑于星期一：九点 四十二分。第一页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第一页，编辑于星期四：一点 四十二分。第一页，编辑于星期四：十九点 五十九分。知识点知识点1问题问题1：硅及其化合物性质中的许多化学反应都是在：硅及其化合物性质中的许多化学反应都是在 什么条件下进行的？什么条件下进行的？硅及其化合物硅及其化
2、合物1 1硅硅(Si)(Si)(1)存在存在 硅在自然界中全部以硅在自然界中全部以 形式存在，地壳中含形式存在，地壳中含 量仅次于量仅次于 。化合物化合物O(2)单质的晶体结构单质的晶体结构单质硅有单质硅有 和和 两种同素异形体，晶体硅是两种同素异形体，晶体硅是 形的空间网状结构，属于形的空间网状结构，属于 晶体。晶体。无定形无定形晶体晶体正四面体正四面体原子原子第二页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二页，编辑于星期四：十九点 五十九分。(3)(3)单质的物理性质单质的物理性质晶体硅颜色：晶体硅颜色：色，熔、沸点：
3、色，熔、沸点：，硬度，硬度 。导电性：良好的半导体材料。导电性：良好的半导体材料。灰黑灰黑很高很高很大很大(4)(4)化学性质化学性质 概述：常温下化学性质不活泼，不与概述：常温下化学性质不活泼，不与 、反应，只与反应，只与 、反应。反应。强酸强酸强氧化剂强氧化剂F2HFNaOH主要反应：主要反应：第三页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三页，编辑于星期四：十九点 五十九分。SiO22C Si2CO(5)工业制法工业制法化学方程式为：化学方程式为：。高温高温(6)用途用途 半导体材料；作变压器铁芯；加入铁中制耐酸设备
4、。半导体材料；作变压器铁芯；加入铁中制耐酸设备。2二氧化硅二氧化硅(SiO2)(1)自然界中的存在自然界中的存在 沙子和石英的主要成分是沙子和石英的主要成分是 ，透明的石英俗称，透明的石英俗称 ，它是，它是 (写化学式写化学式)晶体，熔点高和硬度大。晶体，熔点高和硬度大。SiO2水晶水晶SiO2(2)晶体结构晶体结构 晶体类型：晶体类型：。原子结合方式：原子结合方式：1个硅原子同时与个硅原子同时与 个氧原子结合，个氧原子结合，1个氧原子同个氧原子同时与时与 个硅原子结合，硅原子与氧原子个数比为个硅原子结合，硅原子与氧原子个数比为 。原子晶体原子晶体421 2第四页，编辑于星期一：九点 四十二分
5、。第四页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第四页，编辑于星期四：一点 四十二分。第四页，编辑于星期四：十九点 五十九分。(3)化学性质化学性质 二氧化硅是一种二氧化硅是一种 氧化物，能与碱、碱性氧氧化物，能与碱、碱性氧 化物及部分化物及部分 盐反应：盐反应：酸性酸性(4)(4)用途用途沙子用于建筑，石英用于制造玻璃，纯沙子用于建筑，石英用于制造玻璃，纯SiO2用于制造电子部用于制造电子部件、光学器材和光导纤维。件、光学器材和光导纤维。第五页，编辑于星期一：九点 四十二分。第五页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第五页，编辑于星期四：一点 四十二分。第五页，编辑于星期四：十九点 五十九分。3硅酸
6、硅酸(H2SiO3)及其盐及其盐 (1)硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸Na2SiO3CO2H2O Na2CO3H2SiO3，Na2SiO32HCl 2NaClH2SiO3。(2)硅酸盐硅酸盐常用的硅酸盐是常用的硅酸盐是Na2SiO3，俗称，俗称“泡花碱泡花碱”，易溶于水，其水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，易溶于水，其水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，显碱性，易吸收空气中的显碱性，易吸收空气中的CO2而生成硅酸，因而需密封保存。而生成硅酸，因而需密封保存。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示其组成。表示硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，
7、种类很多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示其组成。表示顺序一般为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸钠顺序一般为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸钠Na2SiO3：Na2OSiO2；钙沸石；钙沸石CaAl2Si3O103H2O：CaOAl2O33SiO23H2O。第六页，编辑于星期一：九点 四十二分。第六页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第六页，编辑于星期四：一点 四十二分。第六页，编辑于星期四：十九点 五十九分。思维延伸思维延伸 第七页，编辑于星期一：九点 四十二分。第七页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第七页，编辑于星期四：一点 四十二分。
8、第七页，编辑于星期四：十九点 五十九分。知识点知识点2 2 无机非金属材料无机非金属材料问题问题2 2：传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的差别：传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的差别 是什么？是什么？4三种传统硅酸盐工业的比较类别类别水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷主要主要原料原料石灰石、黏土、石石灰石、黏土、石膏膏纯碱、石灰石石英纯碱、石灰石石英(SiO(SiO2 2)黏土黏土主要主要设备设备水泥回转窑水泥回转窑玻璃熔炉玻璃熔炉陶瓷窑陶瓷窑生产生产过程过程原料原料 生料生料 熟料熟料 成品成品原料原料 混合（按比混合（按比例）例）熔化熔化 成型成型混合混合 成型成型 干燥干燥 烧烧结结
9、冷却冷却磨细磨细煅烧煅烧石膏粉石膏粉粉碎粉碎强热强热加添加剂加添加剂第八页，编辑于星期一：九点 四十二分。第八页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第八页，编辑于星期四：一点 四十二分。第八页，编辑于星期四：十九点 五十九分。主要主要反应反应复杂物理、化学复杂物理、化学变化变化NaNa2 2COCO3 3SiOSiO2 2 Na Na2 2SiOSiO3 3COCO2 2CaCOCaCO3 3SiOSiO2 2 CaSiO CaSiO3 3COCO2 2复杂物理、化复杂物理、化学变化学变化主要主要成分成分3CaOSiO3CaOSiO2 2；2CaOSiO2CaOSiO2 2；3CaOAl3CaO
10、Al2 2O O3 3普通玻璃：普通玻璃：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2主要主要性能性能水硬性水硬性(不可逆过不可逆过程程)无固定熔、沸点，在无固定熔、沸点，在一定温度范围内软化一定温度范围内软化抗氧化、抗酸抗氧化、抗酸碱腐蚀，耐高碱腐蚀，耐高温温种类种类不同标号不同标号普通玻璃、特种玻璃普通玻璃、特种玻璃 陶器、瓷器等陶器、瓷器等高温高温第九页，编辑于星期一：九点 四十二分。第九页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第九页，编辑于星期四：一点 四十二分。第九页，编辑于星期四：十九点 五十九分。5.5.新形无机非金属材料新形无机非金属材料 新开发
11、利用的如氮化硅新开发利用的如氮化硅SiSi3 3N N4 4、刚玉、刚玉AlAl2 2O O3 3等陶瓷，光导纤维等陶瓷，光导纤维 等无机非金属材料，这些材料具有特殊结构，特殊功能，如等无机非金属材料，这些材料具有特殊结构，特殊功能，如 半导体材料，超硬耐高温材料，发光材料等，都称为新型无半导体材料，超硬耐高温材料，发光材料等，都称为新型无 机非金属材料。机非金属材料。思维延伸思维延伸(1)(1)传统无机非金属材料是指水泥、玻璃、陶瓷等，其优点是抗腐蚀、耐高温传统无机非金属材料是指水泥、玻璃、陶瓷等，其优点是抗腐蚀、耐高温等，但也有质脆，经不起热冲击等弱点。等，但也有质脆，经不起热冲击等弱点。
12、(2)(2)钢化玻璃与普通玻璃的成分相同。钢化玻璃与普通玻璃的成分相同。第十页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十页，编辑于星期四：十九点 五十九分。考点考点1 硅及其化合物的特殊性硅及其化合物的特殊性1硅的还原性比碳强，但在高温下，碳能从二氧化硅中还原出硅。硅的还原性比碳强，但在高温下，碳能从二氧化硅中还原出硅。SiO22C Si2CO高温高温这可从化学平衡的角度理解，由于产物这可从化学平衡的角度理解，由于产物CO为气体，它的放出促为气体，它的放出促使反应向正反应方向进行。使反应向正反应方向进行。第十一页，编辑于星
13、期一：九点 四十二分。第十一页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十一页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十一页，编辑于星期四：十九点 五十九分。2碳酸的酸性比硅酸强，在水溶液中可发生反应如碳酸的酸性比硅酸强，在水溶液中可发生反应如Na2SiO3 CO2H2O H2SiO3Na2CO3。但高温下，可发生反应。但高温下，可发生反应 Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2，CaCO3SiO2 CaSiO3CO2。这是因为该反应不是在水溶液中，而是在。这是因为该反应不是在水溶液中，而是在 高温条件下发生的。高温条件下发生的。高温高温高温高温3常温条件下，非金属单质一般不与强碱溶液反应而常温条件下
14、，非金属单质一般不与强碱溶液反应而Si单质单质 可与强碱溶液反应，可与强碱溶液反应，Si2NaOHH2O Na2SiO32H2。4非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟氢氟酸作能跟氢氟酸作 用：用：Si4HF SiF42H2。5非金属氧化物一般为分子晶体，但非金属氧化物一般为分子晶体，但SiO2为原子晶体。为原子晶体。第十二页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十二页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十二页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十二页，编辑于星期四：十九点 五十九分。6酸性氧化物一般不与酸作用，但酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与氢氟
15、酸作用。能与氢氟酸作用。7无机酸一般易溶于水，但无机酸一般易溶于水，但H2SiO3和和H4SiO4均难溶于水。均难溶于水。8硅酸钠水溶液俗称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。硅酸钠水溶液俗称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。9SiO2虽是硅酸的酸酐，但却不能用虽是硅酸的酸酐，但却不能用SiO2和水反应制备硅酸，和水反应制备硅酸，只能用可溶性硅酸盐溶液跟酸作用来制取。只能用可溶性硅酸盐溶液跟酸作用来制取。10SiO2是熔点最高的非金属氧化物，是熔点最高的非金属氧化物，H2SiO3是常温下呈固态是常温下呈固态 的酸。的酸。第十三页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十三页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第
16、十三页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十三页，编辑于星期四：十九点 五十九分。要点深化要点深化Si及及SiO2的特性，常常作为推断题的突破口和解题关键。的特性，常常作为推断题的突破口和解题关键。因此要熟练掌握好因此要熟练掌握好Si及及SiO2的特性。应用时，还要注意能的特性。应用时，还要注意能与与NaOH溶液溶液(除活泼金属外除活泼金属外)反应产生反应产生H2的除的除Si外还有外还有Al。【例1】(2009(2009全国高考题改编题全国高考题改编题)在下列物质的转化关系中，在下列物质的转化关系中，A 是一种固体单质，是一种固体单质，E是一种白色沉淀，据此填写下列空白：是一种白色沉淀，据此填写
17、下列空白：第十四页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十四页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十四页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十四页，编辑于星期四：十九点 五十九分。SiO22OH SiO H2O(1)B的化学式是的化学式是_。(2)B和和a溶液反应的离子方程式是溶液反应的离子方程式是_。(3)G和盐酸溶液反应的化学方程式是和盐酸溶液反应的化学方程式是 。解析：解析：G与过量与过量HCl反应生成白色沉淀反应生成白色沉淀E，G可能是可能是AgNO3或或Na2SiO3，E是是AgCl或或H2SiO3；再结合；再结合E加热生成氧化物加热生成氧化物B，判断，判断E为为H2SiO3，B为为SiO
18、2、D为为H2O、A为为Si、G是是Na2SiO3、F是是H2、H是是NaCl。23SiO2Na2SiO32HCl 2NaClH2SiO3 第十五页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十五页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十五页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十五页，编辑于星期四：十九点 五十九分。变式训练变式训练1(2010湖北部分重点中学联考湖北部分重点中学联考)2009年年10月月6日瑞典皇家科日瑞典皇家科 学院宣布，英国华裔科学家高锟以及两名美国科学家威拉学院宣布，英国华裔科学家高锟以及两名美国科学家威拉 德德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯获得史密斯获得2009年诺贝尔物理学奖，年
19、诺贝尔物理学奖，以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。下列有以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。下列有 关光导纤维和半导体的说法中错误的是关光导纤维和半导体的说法中错误的是 ()A二氧化硅是制备光导纤维的主要原料，光导纤维遇二氧化硅是制备光导纤维的主要原料，光导纤维遇 强碱会强碱会“断路断路”B作半导体材料的硅位于周期表中第三周期作半导体材料的硅位于周期表中第三周期A族族C工业上，利用二氧化硅热分解法冶炼硅工业上，利用二氧化硅热分解法冶炼硅D二氧化硅和硅的晶体类型相同二氧化硅和硅的晶体类型相同第十六页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十六页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十六
20、页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十六页，编辑于星期四：十九点 五十九分。解析：解析：因为因为SiO2可与强碱反应生成硅酸盐和水，所以光导可与强碱反应生成硅酸盐和水，所以光导纤维遇强碱会纤维遇强碱会“断路断路”，A项叙述正确；工业上用项叙述正确；工业上用SiO2与与C反应制取粗硅，然后以粗硅、反应制取粗硅，然后以粗硅、Cl2、H2为原料再制取精硅，为原料再制取精硅，显然显然C项叙述不正确；项叙述不正确；B、D两项叙述正确。两项叙述正确。答案：答案：C第十七页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十七页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十七页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十七页，编辑于星期四
21、：十九点 五十九分。考点考点2 2 材料及新材料材料及新材料新型无机非金属材料：主要指高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷新型无机非金属材料：主要指高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。新型无机非金属材料除继承传统无机非金属材料的许多优点、等。新型无机非金属材料除继承传统无机非金属材料的许多优点、克服某些弱点外，还具有如下特性：克服某些弱点外，还具有如下特性：(1)(1)耐高温、强度高。如氮化硅陶瓷在耐高温、强度高。如氮化硅陶瓷在1 2001 200左右的高温下，仍具左右的高温下，仍具有很高的硬度，可用来制造气轮机的叶片、轴承、永久模具等。有很高的硬度，可用来制造气轮机的叶片、轴承、永久模具等。(2
22、)(2)具有电学特性。如氧化锡陶瓷，可用作集成电路中的半导体。具有电学特性。如氧化锡陶瓷，可用作集成电路中的半导体。(3)(3)具有光学特性。如光导纤维，用于光缆通讯、医疗、信息处理具有光学特性。如光导纤维，用于光缆通讯、医疗、信息处理等。等。(4)(4)具有生物功能。如磷酸钙系陶瓷，可用于制造人造骨骼等。具有生物功能。如磷酸钙系陶瓷，可用于制造人造骨骼等。第十八页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十八页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十八页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十八页，编辑于星期四：十九点 五十九分。要点深化要点深化今后无机非金属材料的发展趋势今后无机非金属材料的发展趋势(1
23、)(1)新型能源转换和储能材料。新型能源转换和储能材料。(2)(2)新型光电子材料及器件。新型光电子材料及器件。(3)(3)生物医用材料。生物医用材料。(4)(4)信息功能材料。信息功能材料。(5)(5)轻质高强材料。轻质高强材料。(6)(6)纳米无机材料。纳米无机材料。第十九页，编辑于星期一：九点 四十二分。第十九页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第十九页，编辑于星期四：一点 四十二分。第十九页，编辑于星期四：十九点 五十九分。【例【例2】(2009四川理综，四川理综，6)开发新材料是现代科技发展开发新材料是现代科技发展 的方向之一。下列有关材料的说法正确的是的方向之一。下列有关材料的说法
24、正确的是 ()A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 B C60属于原子晶体，用于制造纳米材料属于原子晶体，用于制造纳米材料 C纤维素乙酸酯属于天然高分子材料纤维素乙酸酯属于天然高分子材料 D单晶硅常用于制造光导纤维单晶硅常用于制造光导纤维 解析：解析：本题考查材料的类别、性质等，意在考查考生对化本题考查材料的类别、性质等，意在考查考生对化学在生产、生活中应用的了解。学在生产、生活中应用的了解。B项，项，C60属于分子晶体，属于分子晶体，可用于制造纳米材料；可用于制造纳米材料；C项，纤维素乙酸酯属于合成高分项，纤维素乙酸酯属于合成高分子材料；子材料；C项，制造光导纤维的
25、原料是高纯石英粉（项，制造光导纤维的原料是高纯石英粉（SiO2)。答案：答案：A第二十页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十页，编辑于星期四：十九点 五十九分。变式训练变式训练2(2010模拟题模拟题)碳化钛碳化钛(TiC)、碳化硼、碳化硼(B4C3)、氮化硅、氮化硅(Si3N4)等非氧化物陶瓷是新型无机非金属材料研究的重要方向，合等非氧化物陶瓷是新型无机非金属材料研究的重要方向，合 成这些物质需在高温条件下进行，在合成它们的过程中必须成这些物质需在高温条件下进行，在合成它们的过程中必须 注意注意 ()A通入足
26、量氧气通入足量氧气 B.避免与氧气接触避免与氧气接触 C通入少量氯气通入少量氯气 D通入少量氧气通入少量氧气 解析：解析：“C”与与“Si”均在高温条件易与均在高温条件易与O2反应生成氧化反应生成氧化 物，所以在合成物，所以在合成TiC、B4C3、Si3N2时要避免与氧气接触。时要避免与氧气接触。答案：答案：B第二十一页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十一页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十一页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十一页，编辑于星期四：十九点 五十九分。客观题客观题 以考查硅元素的特殊性，现代新材料及与传统材以考查硅元素的特殊性，现代新材料及与传统材 料的差异为主。料
27、的差异为主。【考题一】【考题一】(2009重庆理综，重庆理综，6)材料与化学密切相关，表中材料与化学密切相关，表中 对应关系错误的是对应关系错误的是 ()选项选项材料材料主要化学成分主要化学成分A刚玉、金刚石刚玉、金刚石三氧化二铝三氧化二铝B大理石、石灰石大理石、石灰石碳酸钙碳酸钙C普通水泥、普通玻普通水泥、普通玻璃璃硅酸盐硅酸盐D沙子、石英沙子、石英二氧化硅二氧化硅审题视点：材料的学名、俗名审题视点：材料的学名、俗名与其主要成分的关系。与其主要成分的关系。第二十二页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十二页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十二页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十二页
28、，编辑于星期四：十九点 五十九分。审题视点：审题视点：材料的学名、俗名与其主要成分的关系。材料的学名、俗名与其主要成分的关系。思维导图思维导图标准答案：标准答案：A 第二十三页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十三页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十三页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十三页，编辑于星期四：十九点 五十九分。高分解密高分解密 不能正确选出不能正确选出A项，主要原因是对材料的组成记不熟。常见新型无机非金属材料有：项，主要原因是对材料的组成记不熟。常见新型无机非金属材料有：(1)高温结构陶瓷：主要指利用其强度、硬度、韧性等机械性高温结构陶瓷：主要指利用其强度、硬度、韧性
29、等机械性能制成的各种材料。如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等，在工业、国能制成的各种材料。如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等，在工业、国防上有重要的价值。防上有重要的价值。(2)光导纤维：简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤光导纤维：简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。用于通讯、医疗、信息处理、遥测遥控、照明等。维。用于通讯、医疗、信息处理、遥测遥控、照明等。(光纤主要光纤主要成分是成分是SiO2)。第二十四页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十四页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十四页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十四页，编辑于星期四：十九点 五十九分。(3)材料按其组成可分为三类：金
30、属材料、无机非金属材料和有机高分子材材料按其组成可分为三类：金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。金属材料主要指各种合金等。无机非金属材料又分为传统无机非金属材料。金属材料主要指各种合金等。无机非金属材料又分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。有机高分子材料又包括塑料、橡胶、纤维等。料和新型无机非金属材料。有机高分子材料又包括塑料、橡胶、纤维等。(4)复合材料：由金属材料、陶瓷材料、高分子材料复合而成，其强度、韧性和耐腐蚀等复合材料：由金属材料、陶瓷材料、高分子材料复合而成，其强度、韧性和耐腐蚀等性能比单一材料更好，是一类具有广阔发展前景的新型材料。性能比单一材料更好，是一类具有广阔
31、发展前景的新型材料。第二十五页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十五页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十五页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十五页，编辑于星期四：十九点 五十九分。主观题主观题 以考查硅元素单质及其化合物的转化、制备新材料以考查硅元素单质及其化合物的转化、制备新材料 等内容为主。等内容为主。【考题二】【考题二】单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在 高温下还原二氧化硅制得粗硅高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷含铁、铝、硼、磷 等杂质等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度反
32、应温度 50 50500)500)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高 纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。第二十六页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十六页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十六页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十六页，编辑于星期四：十九点 五十九分。相关信息如下：相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：有关物质的物理常
33、数见下表：物质物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点沸点/57.712.8315熔点熔点/70.0107.2升华升华温度温度/180300162第二十七页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十七页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十七页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十七页，编辑于星期四：十九点 五十九分。请回答下列问题：请回答下列问题：(1)写出装置写出装置A中发生反应的离子方程式中发生反应的离子方程式MnO24H2Cl Mn2Cl22H2O。(2)装置装置A中中g管的作用是管的作用是_；装置；装置C中的试剂是中的试剂是_；装置；装置E中的中的h瓶需要冷瓶需要冷却的理
34、由是却的理由是_。(3)装置装置E中中h瓶收集到的粗产物可通过精馏瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 （填写元素符号（填写元素符号)。(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2，再用，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe2MnO 8H 5Fe3M
35、n24H2O 4平衡压强平衡压强浓硫酸浓硫酸使使SiCl4冷凝冷凝Al、P、Cl第二十八页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十八页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十八页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十八页，编辑于星期四：十九点 五十九分。滴定前是否要滴加指示剂？滴定前是否要滴加指示剂？_(填填“是是”或或“否否”)，请说明理由，请说明理由_。某同学称取某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取溶液，移取25.00 mL试样溶液，用试样溶液，用1.000102 molL1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时
36、，消耗标准溶液标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是，则残留物中铁元素的质量分数是_。思路点拨：思路点拨：制四氯化硅是由粗硅与制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得反应得到的，所以必须先制得Cl2，因，因SiCl4极极易水解，所以易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。的方法。(1)书写的是离子方程式，书写的是离子方程式，B装置中盛放饱和食盐水除去装置中盛放饱和食盐水除去HCl，C装置中用浓装置中用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的除水以制得干燥纯净的Cl2；否否KMnO4溶液
37、自身可作指示剂溶液自身可作指示剂4.480%第二十九页，编辑于星期一：九点 四十二分。第二十九页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第二十九页，编辑于星期四：一点 四十二分。第二十九页，编辑于星期四：十九点 五十九分。(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h瓶用冷却瓶用冷却液冷却主要目的是得到液冷却主要目的是得到SiCl4；(3)精馏粗产物得到精馏粗产物得到SiCl4，温度应，温度应控制在控制在57.7，此时，此时BCl3变为气体，但变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留均残留在瓶中，所以残留杂质元素是在瓶中，所以残留杂质元素是F
38、e、Al、P、Cl，(4)中滴定时中滴定时MnO 是自身指示剂，终点时变为紫红色且是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读内不变即可读数；中数；中5Fe2MnO4 1x nn1.000102 molL120 mL103 LmL12.000104 mol 4第三十页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十页，编辑于星期四：十九点 五十九分。x1.000103 mol，从，从100 mL中取出中取出25 mL，原溶液中，原溶液中n(Fe2)4.000103 mol，w =4.480%。314.00010m
39、ol56g m ol5.0g高分解密高分解密 本题以硅的制取及提纯为知识平台，同时考查了氯气的制本题以硅的制取及提纯为知识平台，同时考查了氯气的制备、净化。实验条件的控制，实验事故的预防。对实验数据的备、净化。实验条件的控制，实验事故的预防。对实验数据的处理能力，对物质性质在实验条件选择中的应用分析能力。解处理能力，对物质性质在实验条件选择中的应用分析能力。解答时一定要仔细阅读题干内容答时一定要仔细阅读题干内容(给出了制高纯度硅的原理和仪给出了制高纯度硅的原理和仪器器)和问题内容和问题内容如如(2)中中“装置装置E中的中的h瓶需冷却的理由瓶需冷却的理由根据根据SiCl4的沸点就可的沸点就可分析
40、出为了使分析出为了使SiCl4(g)SiCl4(l)”，认真，认真分析每种仪器作用，盛放试剂及发生的反应，联想到实验过程分析每种仪器作用，盛放试剂及发生的反应，联想到实验过程中每一操作细节。中每一操作细节。第三十一页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十一页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十一页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十一页，编辑于星期四：十九点 五十九分。知识支持知识支持 制取高纯硅的化学反应制取高纯硅的化学反应(1)SiO22C 2COSi(得到粗硅得到粗硅)。高温高温(2)Si2Cl2 SiCl4(只是粗硅中的硅反应，剩余了杂质，得到只是粗硅中的硅反应，剩余了杂质，得到
41、SiCl4是纯净是纯净物物)。450。C500。C(3)SiCl42H2 Si4HCl(得到高纯硅得到高纯硅)。(利用了物质在不同温度下的状态不同，结合平利用了物质在不同温度下的状态不同，结合平衡移动原理来制取高纯硅。衡移动原理来制取高纯硅。)第三十二页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十二页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十二页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十二页，编辑于星期四：十九点 五十九分。1(5分分)(2010原创题原创题)2009年年10月诺贝尔物理奖诞生了，其中拥月诺贝尔物理奖诞生了，其中拥 有英国和美国双重国籍的华人高锟，又被称为有英国和美国双重国籍的华人高锟，又
42、被称为“光纤之父光纤之父”是是 获此殊荣的三人之一。下列有关光纤的说法错误的是获此殊荣的三人之一。下列有关光纤的说法错误的是 ()A“光纤光纤”是光导纤维的简称，是只传输光不导电的一种材料是光导纤维的简称，是只传输光不导电的一种材料 B光纤的主要成分是硅，可溶于光纤的主要成分是硅，可溶于NaOH溶液中溶液中 C光纤的主要成分是二氧化硅，可溶于氟化氢溶液中光纤的主要成分是二氧化硅，可溶于氟化氢溶液中 D光纤、石英、水晶的主要成分均相同光纤、石英、水晶的主要成分均相同 答案：答案：B第三十三页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十三页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十三页，编辑于星期四：一点
43、 四十二分。第三十三页，编辑于星期四：十九点 五十九分。2(5分分)(2010模拟题模拟题)下列表述正确的是下列表述正确的是 ()人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是 二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无 溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡 大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料夏天到了，大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料夏天到了，游客佩戴由添加化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来游客佩戴由添加化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变
44、色眼镜来 保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利 于环保、节能于环保、节能 A B.C.D.第三十四页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十四页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十四页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十四页，编辑于星期四：十九点 五十九分。解析：解析：本题主要考查硅及其化合物的具体应用。刚玉本题主要考查硅及其化合物的具体应用。刚玉的主要成分为的主要成分为Al2O3；玛瑙的主要成分是；玛瑙的主要成分是SiO2；玻璃的；玻璃的主要成分为主要成分为NaSiO3、CaSiO3、SiO2；水泥的主要成分为；水泥的主要成分为3C
45、aOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等，为硅酸盐材等，为硅酸盐材料；料；Cu2O虽然是红色的，但它不能变色，也不能吸收有虽然是红色的，但它不能变色，也不能吸收有害光线；硅材料不会产生对环境有害的物质。害光线；硅材料不会产生对环境有害的物质。答案：答案：D第三十五页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十五页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十五页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十五页，编辑于星期四：十九点 五十九分。3(5分分)(2010徐州市一中期中考题徐州市一中期中考题)石棉是一类价格低廉的硅酸石棉是一类价格低廉的硅酸 盐材料，但是有毒，能使人患肺癌。一种叫矿青石棉的化
46、学式盐材料，但是有毒，能使人患肺癌。一种叫矿青石棉的化学式 为：为：Na2Fe5Si8O22(OH)2，用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有，用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO，下列说法正确的是，下列说法正确的是 ()A该物质中该物质中Fe元素的化合价为元素的化合价为2价，它属于硅酸盐价，它属于硅酸盐 B该物质的化学组成可表示为：该物质的化学组成可表示为：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O C1 mol该物质能和该物质能和18 mol HNO3反应，也能与反应，也能与18 mol盐酸反应盐酸反应 D这种石棉属于新型无机非金属材料这种石棉属于新型无机非金属材料第三十六页，编辑于星期一：九
47、点 四十二分。第三十六页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十六页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十六页，编辑于星期四：十九点 五十九分。解析：解析：选项选项A，根据化合价代数和等于零的原则，设，根据化合价代数和等于零的原则，设Fe元素的价态元素的价态为为n价，则有价，则有25n324420，n2.4，故该物质中，故该物质中Fe元素元素的化合价为的化合价为2和和3价。根据硅酸盐改写成氧化物形式的规则可知价。根据硅酸盐改写成氧化物形式的规则可知选项选项B正确；正确；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O与与HNO3反应生成反应生成NaNO3、Fe(NO3)3，起酸性作用的硝
48、酸是，起酸性作用的硝酸是17 mol，起氧化剂作用的，起氧化剂作用的是是1 mol，所以共需，所以共需18 mol HNO3，但该物质只能与，但该物质只能与14 mol盐酸反盐酸反应；选项应；选项D，石棉属于传统无机非金属材料。，石棉属于传统无机非金属材料。答案：答案：B 第三十七页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十七页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十七页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十七页，编辑于星期四：十九点 五十九分。4(5分分)(2010模拟题模拟题)氮化硅氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料，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：
49、它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：aSiO2(s)bC(s)cN2(g)dSi3N4(s)eCO(g)，若该反，若该反 应在恒容密闭容器中进行，下列有关说法不正确的是应在恒容密闭容器中进行，下列有关说法不正确的是()A该反应的氧化剂是氮气该反应的氧化剂是氮气 B上述反应中上述反应中a、b、c、d，e依次为依次为3、6、2、1、6 C氮化硅耐高温、硬度大氮化硅耐高温、硬度大 D若向容器中充入稀有气体氖，有利于生成氮化硅若向容器中充入稀有气体氖，有利于生成氮化硅 解析：解析：配平化学方程式：配平化学方程式：3SiO26C2N2 Si3N46CO，氮的化合价由氮的化合价由0价降至价
50、降至3价，氮气作氧化剂，价，氮气作氧化剂，A正确；由方程正确；由方程式知式知B正确；氮化硅是原子晶体，它熔点高、硬度大，正确；氮化硅是原子晶体，它熔点高、硬度大，C正正确；该容器是恒容密闭容器，充入稀有气体，平衡不移动，对确；该容器是恒容密闭容器，充入稀有气体，平衡不移动，对生成氮化硅无影响，生成氮化硅无影响，D错。错。答案：答案：D第三十八页，编辑于星期一：九点 四十二分。第三十八页，编辑于星期一：十二点 五十六分。第三十八页，编辑于星期四：一点 四十二分。第三十八页，编辑于星期四：十九点 五十九分。5(10分分)下图所示是电子工业中某原料的生产流程。其中反应下图所示是电子工业中某原料的生产
