[硅和硅酸盐工业]

第四专题《硅和硅酸盐工业》

学案4--1 碳族元素

一、基础知识导学：

1、碳族元素的名称 ，元素符号 外围电子排布 。 2、碳族元素的性质：

①原子的最外层都有 个电子，电子层数增多，原子半径增大。原子获得电子的能力减弱，失去电子的能力依次增强。

②非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。氢化物的稳定性 ，最高价氧化物对应的水化物的酸性 。

③碳族元素易形成共价键，难形成离子键，最高价为 ，最低价为 ，都有 价，其中 的+4价稳定， 的+2价稳定。 【练习】

1、CO、SnCl2具有较强的 性，PbO2具有较强的 性。 2、完成并配平下列反应：①Fe+Sn= ②PbO2+Cl+H= 3、金属性Sn Pb，金属活动性Sn Pb。

4、碳族元素的单质包括 晶体（金刚石、晶体硅、晶体锗）， 晶体（C60、C70）， 型、晶体（石墨）。

-+

3+

2+

4—2 碳及其化合物的转化关系

一、基础知识导学

【练习1】关于金刚石和石墨的叙述中不正确的是（ ） A、 石墨的熔点比金刚石高 B、 它们互为同位素 C、 它们是碳的两种单质

D、 都能在氧气中完全燃烧生成CO2 E、 石墨转化为金刚石是化学变化

【练习2】

（1）根据金刚石晶体结构模型，回答：

在金刚石晶体中，每个碳原子与周围的4个碳原子形成 结构，键角为 在晶体中存在由碳原子形成的环，其中最小的环上有 个碳原子，晶体中碳原子数与 C—C键 数之比是 。

（2）根据石墨晶体结构模型，回答：

石墨晶体属层状结构，层内碳原子间以 结合，层与层之间以 因此，石墨硬度很 ，但熔点很 。在石墨晶体中，层内碳原子间排列成 每个最小的环上有 个碳原子，平均每个最小的环上有 个碳原子。 (二)CO2 与CO的比较

【练习3】将CO2通入下列物质的溶液中不与其反应的是（ ） ①Na2CO3 ②Na2SiO3

③NaAlO2 ④C6H5ONa ⑤Ca（ClO）2 ⑥CaCl2 ⑦CaCO3

A、①③④⑤ B、①和⑥ C 、只有① D、只有⑥

【练习4】由CO2 与CO组成的混合气体，经分析测知含氧质量为70%，则该混合气体中CO与CO2的体积比为（ ） A、1：3 B、7：33 C、33：7 D、3：1 （三）碳酸盐与碳酸氢盐的比较

二、重点知识的理解和掌握

1、 同素异形体

【练习5】质量相等的石墨和C60所含质子数（ ）

A、 前者多 B、相等 C、后者多 D、无法确定

【练习6】近年来，科学家在氦的气氛中给石墨电极通电，石墨挥发，在其挥发的黑烟中发现了C60，它的金

属渗入物具有可贵的超导性质。北京大学首先将C60渗锡，获超导转变温度为37K的好成绩，这种C60是 元素的一种 ，科学家给其命名为“足球烯”，这说明碳原子间存在着 键，它可在一定条件下与H2发生 反应。这种C60的摩尔质量是 。 2、 CO的还原性、CO2与碱溶液的反应

【练习7】已知在某温度时，发生如下三个反应：

（1）C+CO2=2CO （2）C+H2O=CO+H2 （3）CO+H2O=CO2+H2，

由此可以判断，在该温度下C、 CO、 H2的还原性强弱顺序是（ ）

A、CO＞C＞ H2 B、 C＞ CO ＞H2 C、C＞ H2＞CO D、 CO ＞H2 ＞C

【练习8】在200g3.7%的澄清石灰水中通入CO2后可生成沉淀5g，则通入的CO2在标准状况下的体积为（ A、1.12L B、2.24L C、3.36L D、4.48L

四、随堂巩固练习

1、某元素原子核内的质子数是它在周期表中周期序数的3倍，该元素为 。 写出该元素的单质在一定条件下与下列物质反应的化学方程式：

① 水 ② 二氧化碳 ③ 二氧化硅 ④ 四氧化三铁 ⑤ 浓硫酸 2、下列反应中CO2表现出氧化性的是（ ）

A、 Ca(OH)2+2CO2= Ca(HCO3)2 B、 2Na2O2+2CO2= 2Na2CO3+O2↑

C、 2Mg+CO2=2MgO+C D、CO2+C=2CO

3、国外试行用汽水（碳酸饮料）浇灌农田，他的作用是

①对植物呼吸作用有利 ②改良碱性土壤，调节PH值③有利于土壤中的Ca2+、Mg2+

被植物吸收 ④加速光合作用进行 （ ） A、②③④ B、②④ C、①④ D、全部都正确

4、吸烟者从香烟中吸入三种主要毒素，除烟碱和致癌物焦油外，还有一种不易被注意的有毒物质，它是（ ） A、NO B、SO2 C、CO D、CO2 5、下列每组两种溶液，分别通入CO2均看不到明显现象的一组是（ ）

A、Na2SiO3、CaCl2 B、CaCl2 NaOH C、C6H5ONa Ba（NO3）2 D、NaAlO2 Ca（ClO）2

6、最近科学家研究得到一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，分子式为C60，下列说法正确的是（ ）

A、C60是一种新型的化合物 B、C60和石墨都是碳的同素异形体 C、C60含有离子键 D、C60的摩尔质量是720

）

7、有CO、CO2、O2三种气体的混合气体12mL，经过点火反应后恢复到原来的状态时，体积减少3mL，通过NaOH溶液后体积又减少7mL，则原混合气体中CO、CO2、O2的体积比是①8：1：3 ②6：1：5 ③4：7：1 ④8：3：1 （ ）

A ①② B ①③ C ②③ D ③④

8、除去CO2中含有的H2S、HCl、CO和水蒸气等杂质，用a、CuSO4溶液，b 灼热的CuO c 浓硫酸，d、饱和NaHCO3溶液，气体通过的顺序是（ ） A、abcd B、cdab C、dcab D、dacb

9、用足量一氧化碳还原14.4克某铁的化合物,将生成的CO2全部通入470 mL、0.5 moL/L的石灰水中得到20g白色沉淀，通过计算求铁的氧化物的化学式。

学案4—3 硅及其化合物

一、基础知识导学

1、 硅及其化合物 ⑴硅：

①晶体结构： ②物理性质：硬度 ，熔点 ，有金属光泽，导电性 。 ③化学性质：

常温下可与F2、HF、强碱溶液反应： Si + F2 — Si + HF —

Si + NaOH + H2O —

加热时可与O2、Cl2等反应： Si + O2 — Si + Cl2 —

④工业制法：SiO2 + C

【练习】1、碳化硅（SiC）晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，下列三种

晶体：①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅的熔点从高到低的顺序是

A、①③② B、②③① C、③①② D、②①③

【练习】2、在一定条件下能发生化学反应的是 ①Si+FeO ②Si+HF ③Si+NaOH+H2O ④Si+F2 ⑤

Si+Mg ⑥Si+O2 （ ）

A、①②③ B、④⑤⑥ C、②④⑥ D、都能反应 ⑵二氧化硅

①晶体结构： ②物理性质：硬度 ，熔点 ， 溶于水。 ③化学性质：SiO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性： SiO2 + CaO — SiO2 + NaOH —

SiO2 + HF —

【练习】3、下列说法正确的是 （ ）

A、 SiO2溶于水显酸性

B、CO2通入水玻璃中可得硅酸

C、SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

D、因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强。

【练习】4、在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是：①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤

高氯酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化亚铁 ⑧氮气（ ）

A、③⑤⑦⑧ B、⑤⑦⑧ C、⑤⑧ D、只有⑤

【练习】5、下列说法均摘自某科普杂志，你认为无科学性错误的是（ ）

A、铅笔芯的原料是重金属铅，儿童在使用时不可用嘴吮咬铅笔，以免引起中毒

B、CO有毒，生有煤炉的居室，可放置数盆清水，有效地吸收CO，防止煤气中毒。 C、“汽水”浇灌植物有一定的道理，其中CO2的缓释有利于植物的光和作用

D、硅的提纯与应用，促进了半导体元件与集成芯片业的发展，可以说“硅是信息技术革命的催化剂”。

⑶硅酸（H2SiO3） 溶于水，酸性比H2CO3

向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象 ，

化学方程式 。 ⑷硅酸盐

典型硅酸盐：硅酸钠（Na2SiO3），水溶液俗名水玻璃。它是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀，在建筑

工业上可以作粘合剂。Na2SiO3水溶液显 性，储存时须用 塞。

组成表示法：金属氧化物·SiO2·H2O

【练习】7、把下列式子改写成氧化物的形式： A、正长石KAlSi3O8 B、石棉CaMg3Si4O12 C、蛇纹石H4Mg3Si2O9 2、硅酸盐工业 ⑴ 水泥 主要原料： 主要成分： ⑵ 玻璃： 原料： 主要成分： 主要反应：

三、重点知识的理解和掌握

1、 SiO2晶体的结构

晶体结构中，一个Si原子与4个O原子形成4个共价键（正四面体），一个O原子与2个Si原子相结合，可看作在金刚石结构中，所有的C都被Si所代替，然后在两个Si之间加一个O原子而形成的硅氧四面体，“SiO2”是Si和O按1：2的个数比组成的立体网状的原子晶体的化学式。 【思考】：1moLC（金刚石）中含有 moLC—C键 1moLSiO2 晶体中含有 moLSi—O键

2、 二氧化硅和二氧化碳的比校

【练习】8、能说明常温下二氧化硅是坚硬的固体而二氧化碳是气体的原因是（ ） A、硅的非金属性比碳弱。

B、二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧结合的化学键的种类不同。 C、Si—O键的键能比C—O键的键能大得多。 D、二氧化硅是原子晶体而二氧化碳是分子晶体。

四、随堂巩固练习

1、下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中，不正确的是（ ） A、它是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀。

B、在建筑工业上可以作粘合剂、耐酸水泥掺料。

C、木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐性能且不易燃烧。 D、水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质。

2、普通玻璃中含有13%的Na2O，11.7%的CaO，75.3%的SiO2，则这三种氧化物的物质 的量之比是 。

4、物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸等强酸，A与纯碱熔融时反应生成化合物B，同时放出

气体C，把气体C通入B的溶液中，得到化合物D。将D加热又得化合物A。则A、B、C、D的化学式为：A B C D

5、化合物A、D、F是中学化学中常见的物质，化合物 B、C、E中含有两种相同的元素。这些化合物之间存 在右图的关系。其中A和B的反应是一种重要化工生 产中的主要反应之一。

⑴在A、C、F中含有相同的元素是 ； ⑵化合物C的化学式是 ， 化合物A的水溶液显性 （填酸、碱、中）

⑶C的水溶液和D能否发生反应 ？其理由是 。 五、自我检测

1 （06重庆理综）8能正确表示下列反应的化学方程式是 A.黄铁矿煅炼：2FeS2+5O2

B.石英与石灰石共熔：SiO2+CaO

FeO+4SO2

CaSiO3

C.氨的催化氧化：4NH3+5O2

2．（06广东）3、下列表述正确的是

4NO+6H2O

D.氯气与石灰乳反应：2Cl2+2Ca(OH) 2=CaCl2+CaClO2+2H2O

①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

②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 ③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料

④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能 A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤

3、有关硅及其化合物的叙述，不正确的是 （ ） A、硅可用来制造半导体器件 B、硅藻土可做吸附剂和催化剂

C、水玻璃可做粘和剂及耐火材料 D、二氧化硅是制造光导纤维的原料

4、下列物质不能通过化合反应直接制取的是 （ ） A、H4SiO4 B、Fe(OH)3 C、CaSiO3 D、FeCl2

4．（06广东）5 利用合成气(H2+CO)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化成醛、酸、酯等多种产物。下列表述正确的是 ①以合成气为原料的反应都是化合反应

②改变合成气中CO与H2的体积比，可以得到不同产物 ③合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成 ④从合成气出发生成液态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径 ⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水 A．①②④

B．②③④

C．②④⑤

D．③④⑤

5、（06上海4）下列不符合当今化学研究方向的是

A．发现新物质 B．合成新材料

C．研究化学反应的微观过程 D．研究化学反应中原子守恒关系 6、Al2O3·2SiO2·2H2O是一种 （ ） A、混合物 B、两种氧化物的水化物 C、硅酸盐 D、铝酸盐

7、实验室有下列试剂，其中必须用带橡胶塞的试剂瓶保存的是 （ ）

①NaOH溶液 ②水玻璃 ③Na2S溶液 ④澄清石灰水 ⑤NH4Cl溶液 ⑥Na2CO3

⑦浓硫酸

A、①⑥ B、①②③④ C、①②③⑥ D、 ①②③④⑥

8、下列有关除去杂质的操作错误的是 （ ） A、NO（杂质NO2）：使混合气体通过水

B、NaCl（杂质NH4Cl）固体：加热 C、CO2（杂质SO2）：通过饱和Na2CO3溶液 D、CO2（杂质CO）：燃烧气体

9、能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3的试剂是 （ ） A、硫酸铝溶液 B、BaCl2溶液 C、NaAlO2溶液 D、Ba（OH）2溶液

10、由10g含有杂质的CaCO3与足量的盐酸反应，产生了0.1molCO2，试推断杂质的组成可能是

（ ）

A、KHCO3和MgCO3 B、K2CO3和SiO2

C、MgCO和SiO2 D、Na2CO3和NaHCO3

11、将混合均匀的镁、铝、硅粉末mg分成两等份，一份加入到足量的NaOH溶液中，另一份加入到足量的

盐酸溶液中，结果都收集到VLH2（相同状况下），则镁与硅的物质的量之比为 （ ） A、1：1 B、2：1 C、1：2 D、无法确定 12、阅读下列材料，回答有关的问题：

锡、铅两种元素的主要化合价是+2价和+4价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的，

+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如：Sn还原性比Fe还原性强。PbO2的氧化性比Cl2氧化性强。 ⑴、写出下列反应的化学方程式

①氯气跟锡共热：

②氯气跟铅共热： ③二氧化铅跟浓盐酸共热：

⑵能说明Sn还原性比Fe还原性强的离子方程式是 13、（06天津理综28）（19分）晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下： ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

300℃

②粗硅与干燥ＨＣｌ气体反应制得ＳｉＨＣｌ3：Ｓｉ＋3ＨＣｌＳｉＨＣｌ3＋Ｈ2

③ＳｉＨＣｌ3与过量Ｈ2在1000～1100℃反应制得纯硅 已知ＳｉＨＣｌ3能与Ｈ2Ｏ强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题：

（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。 （2）粗硅与ＨＣｌ反应完全后，经冷凝得到的ＳｉＨＣｌ3（沸点33.0℃）中含有少量 ＳｉＣｌ4（沸点57.6℃）和ＨＣｌ（沸点－84.7℃），提纯ＳｉＨＣｌ3采用的方法为： 。

（3）用ＳｉＨＣｌ3与过量Ｈ2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：

2+

2+

2+

2+

①装置Ｂ中的试剂是 ，装置Ｃ中的烧瓶需要加热，其目的是： 。

②反应一段时间后，装置Ｄ中观察到的现象是 ，装置Ｄ不能采用普通玻璃管的原因是 ，装置Ｄ中发生反应的化学方程式为 。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是 ａ碘水 ｂ氯水 ｃＮａＯＨ溶液 ｄＫＳＣＮ溶液 ｅＮａ2ＳＯ3溶液