硅和硅酸盐工业小结 主讲人：王立新 [基础知识] 1.根据所学的元素周期表的知识，了解碳族元素的递变规律。 2.在复习碳及其化合物知识的基础上掌握硅、二氧化硅的化学性质。 3.了解制造水泥和玻璃的主要原料以及主要化学反应。 4.对新型无机非金属材料有大致印象。 [学习指导] 1.碳和硅的比较. 碳 硅  原子结构示意图    单质晶体类型 原子晶体（金刚石） 原子晶体  单质熔点 3550℃ 1410℃  氧化物化学式的意义 CO2可表示二氧化碳的分子组成 SiO2表示二氧化硅中硅原子与氧原子的个数比为1:2  相应酸的特点 H2CO3只存在于极稀溶液中 H2SiO3为固态酸   2.SiO2高温时与Na2CO3反应产生CO2，将CO2通入Na2SiO3溶液中可产生H2SiO3，说明H2SiO3酸性有时比H2CO3强，有时比H2CO3弱。 强酸制弱酸适用于常温水溶液里的复分解反应，不适用于高温非水体系的反应，因为CO2通入Na2SiO3溶液中会产生H2SiO3，故H2SiO3的酸性弱于H2CO3。而高温时，反应有利于有气体产生的反应。高温时SiO2不是气态，故反应向产生CO2的方向进行。同理，工业制粗硅也是这个原理SiO2+2C
Si+2CO↑ 3.SiO2既能与NaOH反应又能与HF反应，所以SiO2是两性氧化物。 SiO2与HF的反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O是SiO2的特殊性质，且生成的SiF4也不是盐。SiO2并非与所有的酸都能反应。如强酸H2SO4、HCl、HNO3均不能与SiO2反应。所以SiO2不与H+反应，不具碱性氧化物的性质。SiO2与NaOH的反应本质上是与OH-反应，与所有强碱都能反应生成盐和水。所以SiO2是酸性氧化物。 [解题精析] 1.下列关于碳族元素及其化合物的性质的描述不正确的是（ ） A.除Pb外，+4价化合物是稳定的。 B.RO和RO2（除CO2外）均不跟水反应。 C.RH4的稳定性随相对分子质量增大而增大。 D.RH4的沸点从碳到铅逐渐升高。 解析：此题考查碳族元素的单质及化合物重要的相似性共递变规律。化合价除Pb+2价稳定外其余均+4价稳定，故A正确。除CO2外，其氧化物均难溶于水，RH4稳定性与相对分子质量无规律性关系，铅无氢化物。故A、B正确，C、D错误。 答案：C、D 2.将过量的二氧化碳通入下列溶液，最后溶液是浑浊的是（ ） A．氯化钡溶液 B．石灰水 C．饱和碳酸钠溶液 D．水玻璃 解析：因为碳酸钡溶于盐酸，所以A反应不发生。石灰水与过量的二氧化碳反应生成的碳酸氢钙溶于水，所以B中无浑浊。又由于在相同温度下，碳酸钠的溶解度远大于碳酸氢钠的溶解度，所以C反应中生成的碳酸氢钠要沉淀，溶液是浑浊的。在D中，因为碳酸的酸性大于硅酸，所以二氧化碳与水玻璃反应生成硅酸沉淀，溶液是浑浊的。 答案：C、D 3.下列各单质和化合物之间有以下的转化关系，而且各单质和化合物组成的元素皆为短周期元素。 据上述关系判断：（1）单质A只可能是______，这是因为______。（2）单质B一定是金属还是非金属______，这是因为 。（3）各化合物的化学式为：甲______、乙______、丙______、丁______。 解析：本题是元素及化合物推断题。解题的突破口是短周期内元素的单质A与NaOH溶液反应生成氢气C的元素可能是Al和Si，而产生的化合物乙能与过量HCl溶液反应生成不溶于水的化合物丁，则进一步推断出A单质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应都生成化合物乙（Na2SiO3），只不过A的另一产物是氢气，而化合物甲的另一产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2，其它的各种化合物也就能推断出来了。 答案：（1）单质A只可能是硅（Si），这是因为在短周期内，能与NaOH溶液反应放出氢气的只可能是铝和硅，但铝的氢氧化物可溶于过量的HCl溶液中，不符合题意。故A只能是单质硅。（2）单质B是非金属，这是因为硅只有和氧气反应，才能生成酸性氧化物（SiO2）与碱液（NaOH溶液）反应。（3）甲：SiO2，乙：Na2SiO3，丙：H2O，丁：H2SiO3 4.水泥的成分主要有Ca2SiOx，Ca3SiOy，Ca3Al2Oz，则x=____,y=____,z=____;水泥熟料中常用适量石膏，其作用是______。 解析：因为水泥的主要成份是2CaO·SiO2，3CaO·SiO2，3CaO·Al2O3，所以硅酸二钙为Ca2SiO4，硅酸三钙为Ca3SiO5，铝酸三钙为Ca3Al2O6，所以x=4,y=5,z=6。水泥熟料中加入适量石膏，其作用是延缓水泥硬化速度。 [巩固提高] 一．选择题 1.某些保健品中有锗元素，它位于周期表的第四周期ⅣA族，有关锗的叙述正确的是（ ） A．锗的原子序数为34 B．锗的金属活动性比铝强 C．锗可以形成化学式为Na2GeO3的盐 D．锗是半导体材料，但金属性强于非金属性，属于金属元素 2.下列各种物质，不属于同素异形体的是（ ） A．金刚石和石墨 B．晶体硅和水晶 C．氧气和臭氧 D．红磷和白磷 3.证明生石灰中既混有石英又混有石灰石的正确方法是（ ） A．加入过量烧碱溶液，且有气泡冒出 B．加入过量烧碱溶液，且有固体溶解 C．加热至高温，且有气泡冒出，有硅酸钙生成 D．先加入过量盐酸搅拌，有不溶性物质剩余及气泡冒出，滤出不溶性物质，投入到氢氧化钠溶液中会被溶解掉 4.2MgO·SiO2中的酸根离子是（ ） A．SiO32- B．Si2O64- C．SiO44- D．SiO22- 5.只用一种试剂即能将Na2SiO3，Na2SO3，Na2CO3，Na2SO4四种溶液鉴别出来。这种试剂是（ ） A．BaCl2溶液 B．盐酸 C．Ba(OH)2溶液 D．AgNO3溶液 6.与普通玻璃组成成分相同的是（ ） A．钢化玻璃 B．玻璃钢 C．石英玻璃 D．光学玻璃 7.水玻璃开口放置在空气中会变质，主要原因是因为与X反应生成Y。X、Y分别是（ ） A．O2、SiO2 B．CO2、Na2CO3 C．H2O、NaOH D．CO2、H4SiO4 8.铅的氧化物较多，其中Pb3O4是铅的最高价氧化物和最低价氧化物所形成的复杂氧化物。在Pb3O4中，铅的最低价氧化物和最高价氧化物的物质的量之比为（ ） A．1:1 B．1:2 C．2:1 D．无法确定 9.由10g含杂质的CaCO3和足量盐酸，反应产生0.1molCO2，试推断杂质的组成是（ ） A．MgCO3和SiO2 B．K2CO3和SiO2 C．MgCO3和KHCO3 D．无法确定 10.从所给的四个词中选出一个与陶瓷、玻璃、水泥同类的物质（ ） A．光导纤维 B．有机玻璃 C．人造纤维 D．砖瓦 11.下列物质中，在一定条件下，前者不能直接转化为后者的是（ ） A．SiCl4和Si B．Si和Na2SiO3 C．SiO2和H2SiO3 D．H2SiO4和H2SiO3 12.某钠盐x的水溶液，可使酚酚变红色，向该溶液中加入NH4Cl会出现白色沉淀，再加足量稀HNO3沉淀不消失，则x是（ ） A．AgNO3 B．Na2SiO3 C．NaAlO2 D．KI 13.对铝、硅、碳3种元素的描述中，不正确的是（ ） A．最高价氧化物都能与NaOH溶液反应 B．单质的熔点依次升高 C．原子半径依次增大 D．单质在高温下都能与氧化亚铁反应 14.下列叙述中，正确的是（ ） A．自然界中存在大量单质硅 B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅 C．硅石的主要成分是CaSiO3 D．自然界中二氧化硅都存在于石英矿中 二.填空题. 1.写出下列反应的方程式： (1)工业上在电炉里用碳还原SiO2制粗硅 ____________________________________ (2)粗硅在高温下与氯气反应生成四氯化硅 ____________________________________ (3)四氯化硅经分馏、提纯用氢气还原，得到纯硅。 ____________________________________ 2.物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸，C是一种气体，D是白色胶状沉淀，E是白色固体，A、B、C、D、E的转化关系如右图。 据图示回答（填写化学式） A ______ B ______ C ______ D ______ E ______ 3.在制玻璃的原料中，再加入下列物质，可制得各种不同用途的玻璃（ ） A．氧化亚铜 B．三氧化二钴 C．氧化铅（PbO） D．硼砂（Na2B4O7·10H2O） （1）制造化学仪器玻璃时应加入____________ （2）制造光学仪器玻璃时应加入____________ （3）制造蓝色玻璃时应加入____________ （4）制造红色玻璃时应加入____________ 三.计算题. 1.把26.0g含有SiO2的CaCO3固体在高温下加热到质量不再改变，冷却后称量质量为17.2g，求（1）生成气体在标准状况下的体积。（2）原混合物中含有SiO2的质量分数是多少。 2.今有含SiO2杂质的碳酸钠和碳酸氢钠样品6.5g取其一半进行加热（只使NaHCO3完全分解），产生的气体通入足量的澄清石灰水中得到沉淀0.5g，取另一半溶于水配成500ml溶液，量取25ml，此溶液与0.1mol/L盐酸反应，正好用去盐酸25ml，求样品中二氧化硅的质量分数。 [自我反馈] 1．C、D 2．B．水晶是纯的SiO2 3．D．加入盐酸。CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O 再将不溶物加入到NaOH溶液中SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 4．C．2MgO·SiO2也可表示为Mg2SiO4，所以酸根为SiO44-。 5．B．Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3（溶液浑浊） Na2SO3+2HCl=2NaCl+SO2↑+H2O（刺激性气体） Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O（无色无味气体） Na2SO4+HCl—— 6．C． 7．D．Na2SiO3+CO2+2H2O=Na2CO3+H4SiO4 8．C．Pb3O4可写为2PbO·PbO2所以n（PbO）：n（PbO2）=2：1 9．A．因为M（MgCO3）=64g/mol，M（K2CO3）=138g/mol，M（KHCO3）=100g/mol，据题意，杂质的
，所以选A。 10．D．均为硅酸盐工业的产品。 11．C ∵SiCl4+2H2
Si+4HCl(气) Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑ H2SiO4==H2SiO3+H2O 12．B 使酚酞变红，溶液呈碱性，不可能为A、D加入NH4Cl（溶液呈酸性）会出现白色沉淀可能是H2SiO3或Al(OH)3，当再加入足量稀HNO3后，沉淀也不消失，即为H2SiO3。 ∴选B. 13．C 14．B 硅石成分是SiO2. 二.填空题. 1. SiO2+2C
Si+2CO↑ Si+2Cl2
SiCl4 SiCl4+2H2
Si（纯）+4HCl 2.A：SiO2 B：Na2CO3 C：CO2 D：H4SiO4 E：H2SiO3 3.D C B A 三.计算题. 1.解：（1）含有SiO2的CaCO3固体在高温下发生的反应为 CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑ ① CaCO3
CaO+CO2↑ ② ∴生成CO2气体的质量为m（CO2）=26.0g-17.2g=8.8g ∴n（CO2）=
∴标准状况下V（CO2）=n（CO2）×Vm =0.2mol×22.4l/mol =4.48l （2）将①②相加得 2CaCO3+SiO2
CaO+CaSiO3+2CO2↑ 1 2 n（SiO2） 0.2mol ∴n（SiO2）=0.1mol ∴m（SiO2）=n（SiO2）×M（SiO2） =0.1mol×60g/mol =6g ∴SiO2%=
答：生成CO2气体在标准状况下体积为4.48l原混合物中SiO2的质量分数为23.08%。 2.解：设样品中Na2CO3，NaHCO3物质的量为n1，n2, NaHCO3分解生成的CO2为n3 ∵CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 1 1 n3
n3=0.005mol ∴2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O 2 1 n2 0.005mol n2=0.01mol ∴m’(NaHCO3)=0.01mol×84g/mol=0.84g 即样品中m(NaHCO3)=2m’(NaHCO3)=2×0.84g=1.68g 又∵一半样品需n(HCl)=25×10-3L×0.1mol/L×
=0.05mol ∴m’(Na2CO3)=
×(0.05mol-0.01mol)×106g/mol=2.12g 样品中 ∴m(Na2CO3)=2×m’(Na2CO3)=2×2.12g=4.24g ∴
答：样品中SiO2质量分数为8.92% [走向高考] 1.（90年上海）下列化合物最容易脱水的是（ ） A．NaOH B．Mg(OH)2 C．Al(OH)3 D．H4SiO4 2.（90年上海）某科研小组用高岭土（主要成分Al2O3·2SiO2·2H2O）并含有少量CaO、Fe2O3）研制新型净水剂（铝的化合物）。其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后过滤，弃去残渣。滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。 （1）写出熔融时主要成分与纯碱反应的方程式 __________________、__________________ （2）最后沉淀物是______，生成该沉淀的离子方程式为____________ （3）实验室中常用的坩埚有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚。本实验在熔融土样时，应选用______坩埚。 答案：1.D 2.Al2O3+Na2CO3=2NaAlO2+CO2↑ SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑ Al(OH)3 AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓ 铁坩埚 （解析1）碳族元素包括：碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）锡（Sn）、铅（Pb）等五种元素。这五种元素原子的最外电子层上都有4个电子，位于周期表的第ⅣA族.碳族元素随着核电荷数的增加,一些性质呈现规律性的变化。例如，在周期表中从上到下，元素原子的半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素形成的单质中，碳是非金属，其单质之一金刚石硬度最大；硅在地壳中的含量仅次于氧，硅是非金属元素，但硅单质外貌像金属，其晶体是一种良好的半导体材料，锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。 碳族元素的化合价主要有+4和+2。碳元素形成的化合物种类最多，少量无机物，大量的是有机物。 （解析2）①硅。硅在地壳中含量居第二位，硅以化合态存在于自然界。硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体，晶体硅的结构与金刚石的结构相似，是灰黑色有金属光泽、硬而脆的固体，硬度较大，熔沸点较高，晶体硅是重要的半导体材料。 硅的化学性质不活泼，在常温下一般不跟O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应。而无定形硅比晶体硅活泼，在常温下，既可与强碱反应放出H2，又可与氢氟酸反应放出H2。Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，Si+4HF(aq)=SiF4↑+2H2↑，把硅研细后加热，在氧气中燃烧生成SiO2，放出大量的热Si+O2
SiO2。 ②二氧化硅：天然的二氧化硅也叫硅石，纯净的硅石叫石英。SiO2是一种坚硬难熔的固体。二氧化硅是一种酸性氧化物，它不溶于水，不与水反应生成酸，可与碱性氧化物或强碱反应生成硅酸盐。SiO2+CaO
CaSiO3，SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O由于玻璃中含有SiO2，所以玻璃可被碱腐蚀。二氧化硅可与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O二氧化硅的用途很广，光导纤维的主要原料就是二氧化硅。 ③硅酸：硅酸为组成复杂的白色固体，通常用化学式H2SiO3表示。不溶于水，是一种二元弱酸，它的酸性比碳酸还弱。 ④硅酸盐。硅酸盐是构成地壳、岩石的主要成分。常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3）俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液又叫水玻璃，是一种矿物胶，显碱性，易吸收空气中的CO2生成硅酸，因而要密封保存。但不能保存在带玻璃塞的玻璃瓶中。硅酸盐的组成又可以用氧化物的形式来表示。 （解析3）玻璃与水泥 硅酸盐工业：以含硅的物质为原料，经过加热制得水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业。 玻璃 水泥  原料 纯碱、石英、石灰石等 粘土、石灰石等  反应原理 CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑ Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑ 高温下发生复杂的物理、化学变化  主要成分 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 硅酸二钙 2CaO·SiO2 硅酸三钙 3CaO·SiO2 铝酸三钙 3CaO·Al2O3  特性 非晶体是玻璃态物质、透明，可在某一温度范围内软化 水硬性：无论在水中还是空气中均能硬化（不可逆过程）  在制造玻璃的过程中，加入某些金属氧化物，还可以制成有色玻璃。玻璃种类很多，除普通玻璃外，还有石英玻璃、光学玻璃等。 在制造水泥的过程，水泥熟料中填加石膏，目的是调整水泥硬化速度。水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆。 （解析4） 传统无机非金属材料––––硅酸盐材料 无机非金属材料 半导体材料 新型无机非金属材料 超硬耐高温材料 发光材料等 新型无机非金属材料的特性： 能承受高温，强度高。 具有电学特性。 具有光学特性。 具有生物功能。 高温结构陶瓷。其优点：耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐 磨损、密度小。它弥补了金属材料的弱点。如氧化铝陶瓷（人造刚玉）、氮化硅陶瓷。 ④光导纤维。是一种能高质量传导光的玻璃纤维。其优点：传输量大、抗干扰性能好、通讯质量高、防窃听、质轻且细、不怕腐蚀等。 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u

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