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1、第三单元含硅矿物与信息材料,题组一硅和硅的化合物1.硅的存在和物理性质硅元素在自然界全部以 形式存在。单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅的熔沸点 ,硬度大。2.硅的化学性质(1)常温下,硅能与F2、HF、NaOH反应。硅与烧碱溶液反应的化学方程式为 。,化合态,高,Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2,水玻璃,Si+CO2+H2O H2SiO3+C,题组二无机非金属材料1.传统无机非金属材料,如 、 、 等硅酸盐材料。,水泥,玻璃,陶瓷,石灰石、石英砂、纯碱,CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2,2.新型无机非金属材料,如 、 等。主要特性:能承受高温、高强度;具有 、 特性
2、;具有 功能。(1)高温结构陶瓷:又称工程陶瓷。这类陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐腐蚀等优良性能,如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等,在工业、国防上有重要的应用。(2)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、遥感测控、照明等。,高温结构陶瓷,光导纤维,电学,光学,生物,3.材料的分类材料按其组成可分为四类:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。金属材料主要指各种金属和合金等。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。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、韧性和耐腐蚀性等性能比单
3、一材料更好,是一类具有广阔发展前景的新型材料。,题组一硅和硅的化合物1.下列关于二氧化硅的说法正确的是()A.二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成B.二氧化硅又叫硅酐C.二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸D.在高温条件下,二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2,所以硅酸酸性比碳酸强,答案BA错,二氧化硅为原子晶体,其晶体是氧原子与硅原子以个数比为21形成的立体网状结构,没有SiO2分子,SiO2为化学式而非分子式;B对,二氧化硅是硅酸的酸酐;C错,二氧化硅是不与水反应的酸酐;D错,二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠和CO2是在高温条件下,利用CO2的挥发性促使反应完成,并不能说明硅酸酸性强于碳酸。2.
4、实验室熔化固体烧碱,应选用的坩埚是()A.石英坩埚B.普通玻璃坩埚C.生铁坩埚D.陶瓷坩埚,答案C石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2,烧碱能与SiO2反应而腐蚀坩埚:SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O,而铁与NaOH不反应。,3.(2014浙江杭州一模,1)下列说法中不正确的是()A.开发氢能、太阳能、风能、生物质能等是实现“低碳生活”的有效途径B.钢铁是用量最大、用途最广泛的合金C.硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中D.利用催化设施,可以将汽车尾气中CO和NO转化为无害气体,答案CA项,开发使用氢能、太阳能、风能、生物质能等都可以减少煤、石油的开采及利用,可以减少C
5、O2气体的排放。因此是实现“低碳生活”的有效途径,正确。B项,在生产、生活中使用最多的金属材料是铁合金,即钢铁,用途最广泛的金属材料也是铁合金,正确。C项,硅在自然界中以氧化物、硅酸盐的形式存在,错误。D项,利用催化剂,在尾气排放管安装一个催化剂转化器,就可以使汽车尾气中CO和NO发生反应转化为N2、CO2等空气的成分,成为无害气体,正确。,题组二无机非金属材料4.下列说法正确的是()A.水泥的硬化属于物理变化B.铝和硅均能和烧碱溶液反应得到氢气,在这两个反应中氢氧化钠和水均为氧化剂C.水泥中有多种成分,所以是混合物D.工业上制取金刚砂的化学方程式是SiO2+3C SiC+2CO,氧化剂和还原
6、剂的物质的量之比是13,答案C水泥是混合物,水泥的硬化过程中发生化学变化。铝、硅和氢氧化钠溶液的反应中均是水作氧化剂。D中氧化剂和还原剂的物质的量之比是12。,5.下列叙述正确的是()人造刚玉熔点很高,可作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研钵研磨固体进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡大坝使用了大量的水泥,水泥是硅酸盐材料夏天到了,游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色镜来保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于节能、环保A.B.C.D.,答案D刚玉的主要成分是Al2O3。玛瑙的主要成分是SiO2。水泥的主要成分是硅酸盐。变色镜中含有AgBr和微量
7、CuO,而Cu2O是制造红色玻璃的原料。和是正确的。6.据科学时报报道,一项名为“陶瓷耐高温大红色釉的研究”的课题通过了国家12位陶瓷色釉专家参加的技术鉴定,至此,国际陶瓷工艺界无法高温(1 2001 300 )烧制大红色釉的历史正式宣告结束。(1)下列名称与陶瓷有关的是(选填字母代号)。宜兴景德镇秦兵马俑China黏土(2)唐三彩属于彩陶,彩陶的陶瓷坯体上涂有掺杂重金属离子的釉料,而且烧制时通入不同的空气量,即使是掺杂的同一种金属离子,烧制出的颜色也不同。用铁元素在高温时的变化说明烧制成红色陶瓷的原理:,。(3)高岭土又叫瓷土,主要由高岭石的微小晶体组成,因盛产于我国江西景德镇的高岭而得名,
8、是制造瓷器的优良原料,其组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y,其中y10时,x=。答案(1)(2)在空气过量和高温的条件下,铁元素多为+3价,以氧化铁形式存在(3)1解析(1)该题中的5个选项都与陶瓷有关,其中宜兴和景德镇分别是我国的陶器盛产地和瓷器盛产地;而秦兵马俑则属于陶;China是中国的英文单词,原意就是瓷器;黏土则是陶瓷的主要原料。(2)红色陶瓷多含高价铁(Fe2O3),这种氧化物是氧化气氛的火焰中烧制的,所以需要足量的氧化剂氧气。,(3)根据化合物中元素化合价代数和为零可知各元素的化合价Al为+3,Si为+4,O为-2,OH为-1,所以可以列出关于x、y的等式:2x+y=23+2
9、4=14,讨论可知当y10,即y=12时,x=1。,(1)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2C Si+2CO。(2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2放出,但Si却不同:Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2。(3)非金属氧化物的熔沸点一般较低,但SiO2的熔沸点却很高。(4)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用:SiO2+4HF SiF4+2H2O。,重难一硅及其化合物的特性,(5)因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生反应:Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3,但在高温下反应Na2
10、CO3+SiO2Na2SiO3+CO2也能发生。(6)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃(或泡花碱),但它与玻璃的成分却不相同;水玻璃是盐的溶液,既不是碱溶液,也与玻璃无关。,典例1二氧化硅(SiO2)又称硅石,是制备硅及其化合物的重要原料。下列说法正确的是()A.SiO2既能与HF溶液反应,又能与NaOH溶液反应,属于两性氧化物B.SiO2和Si都是光导纤维材料C.硅胶可用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂D.由硅石制硅的反应都是非氧化还原反应,解析两性氧化物是既能与酸又能与碱反应且均生成盐和水的氧化物,SiO2与HF反应生成的SiF4不属于盐,A项错误;SiO2为光导纤维材料,Si为半导
11、体材料,B项错误;硅胶具有较强的吸附性,可作为干燥剂,C项正确;由 SiO2制取Si,因硅元素化合价发生了变化,故必定发生氧化还原反应。,答案C,硅及其化合物的应用范围很广。下列说法中正确的是()A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B.由粗硅制备单晶硅的过程不涉及氧化还原反应C.反应:Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2中,Si为还原剂,NaOH和H2O为氧化剂D.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅,变式训练,答案A,解析粗硅提纯涉及的反应:Si+2Cl2 SiCl4、SiCl4+2H2 Si+4HCl都是氧化还原反应,故B项错误;硅与氢氧化钠溶液反应实际分两步:S
12、i+3H2O H2SiO3+2H2,H2SiO3+2NaOH Na2SiO3+2H2O,其中反应为氧化还原反应,反应为非氧化还原反应,因此NaOH既不是氧化剂,也不是还原剂,只是反应物,起氧化作用的只是水,故C项错误;硅能与氢氟酸反应,不能与盐酸反应,故D项错误。,碳和硅的比较碳、硅的单质在常温下化学性质稳定,高温时活泼性增强,主要表现为还原性,主要内容见下表。,化学工艺生产主要解决的问题,归纳起来主要有六方面:一是解决将原料转化为产品的生产原理;二是除去杂质并分离提纯产品;三是提高产量与产率;四是减少污染,考虑 “绿色化学”生产;五是原料的选择既要考虑来源丰富,还要考虑成本问题;六是生产设备
13、简单,生产工艺简便、可行等。化学工艺流程题,一般围绕这六个方面设问求解。要准 确、顺利解答化学工艺流程题,除了必须要掌握物质的性质和物质之间相互作用的基本知识以及分离、提纯物质的基本技能外,最关键的是要掌握分析工艺生产流程题的方法,为此特提出下列四种基本解题方法。,重难二化学工艺流程题的解题方法,1.首尾分析法对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题,首先对比、分析生产流程示意图中的原料与产品,从而找出原料与产品之间的关系,弄清生产流程中原料转化为产品的基本原理和分离、提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答。2.截段分析法对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)
14、产品(包括副产品)的工艺流程题,用截段分析法更容易找到解题的切入点。,3.交叉分析法有些化工生产选用多组原材料,事先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品相结合。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题,最简单的方法就是将提供的工艺流程示意图划分成几条生产流水线,上下交叉分析。要构成交叉分析的题型,提供的工艺流程至少有三个因素(多组原材料;中间产品;多种产品)和两条或多条生产流水线。利用交叉分析法解工艺流程题的关键在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线,在分析过程中,抓住中间物质的关联作用,逐一破解。,4.“瞻前顾后”分析法有些化工生产,为
15、了充分利用原料,变废为宝,设计的生产流水线除了主要考虑将原料转化为产品外,同时还要考虑将生产过程中的副产品转化为原料的循环生产工艺。解答这种类型题,用“瞻前顾后”分析法。 “瞻前顾后”分析法指分析工艺生产流程时,主要考虑原料转化成的产品(瞻前),同时也要考虑原料的充分利用和再生产问题(顾后)。,典例2聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂,其单体是液态的碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n。一般采用铝盐溶液水解絮凝法制碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭土,化学组成为:Al2O3(25%34%)、SiO2(40%50%)、Fe2O3(0.5%3.0%)以及少量杂质和水分。已知氧化铝有
16、多种结构,化学性质也有差异,且一定条件下可相互转化;高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下:,根据流程图回答下列问题:(1)“煅烧”的目的是。(2)配制质量分数为15%的盐酸需要200 mL 30%的浓盐酸(密度约为1.15 g/cm3)和g蒸馏水,配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、。(3)“溶解”过程中发生反应的离子方程式为。,(4)加少量铝粉的主要作用是 。(5)“调节溶液pH在4.24.5”的过程中,除添加必要的试剂,还需借助的实验用品是;“蒸发浓缩”需保持温度在90100 ,控制温度的实验方法是 。解析对比原料与产品可知,该生产的主要工序:一是除去原料高岭土中的杂质,二是将
17、Al2O3转化为氯化铝溶液,再利用水解絮凝法转化为产品。再进一步分析,高岭土不溶于酸,必须经煅烧改变结构。,答案(1)改变高岭土的结构,使其能溶于酸(2)230量筒 (3)Al2O3+6H+ 2Al3+3H2O、Fe2O3+6H+ 2Fe3+3H2O(4)除去溶液中的铁离子(5)pH计(或精密pH试纸)水浴加热,典例3以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠,工艺流程如下:氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如下图所示。回答下列问题:,(1)欲制备10.7 g NH4Cl,理论上需NaClg。(2)实验室进行蒸发浓缩用到的主要仪器有、烧杯、玻璃棒、酒精灯等。(3)“冷却结晶”过程中,析出NH
18、4Cl晶体的合适温度为 。(4)不用其他试剂,检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是 。(5)若NH4Cl产品中含有硫酸钠杂质,进一步提纯产品的方法是。,解析(1)由题目所给工艺流程图可得关系式:NaClNH4Cl58.5 53.5m(NaCl)10.7 g=解得m(NaCl)=11.7 g。(4)所得NH4Cl产品中有可能混有Na2SO4,若要检验NH4Cl产品是否纯净,可利用NH4Cl受热易分解(NH4Cl NH3+HCl),而Na2SO4受热难分解的性质加以检验。(5)因为NH4Cl的溶解度受温度影响较大,Na2SO4的溶解度受温度影响较小,所以应选择重结晶法来提纯产品。,答案(1)1
19、1.7(2)蒸发皿(3)35 (33 40 都可得分)(4)加热法。取少量氯化铵产品于试管底部,加热,若试管底部无残留物,表明氯化铵产品纯净(5)重结晶,典例4某一化工厂的生产流程如下图:(1)L、M的名称分别是、。(2)GH过程中为什么通入过量的空气:。(3)用电子式表示J:。,(4)写出饱和食盐水、E、F生成J和K(此条件下K为沉淀)的化学方程式: ,要实现该反应,你认为应如何操作: 。解析根据流程示意图分析可知,用空气、焦炭和水为原材料,最终生产L、J和M,首先必须生产中间产品E。这样,主要生产流水线至少有两条(液态空气EL;焦炭EM)。为了弄清该化工生产的生产工艺,需将这两条生产流水线
20、交叉综合分析,最终解答题设的有关问题。,答案(1)硝酸铵碳酸钠(2)提高NO的转化率(4)NH3+H2O+NaCl(饱和)+CO2 NaHCO3+NH4Cl向饱和食盐水中先通入足量的NH3,再通入足量的CO2气体,并将反应的装置放在冰水中冷却,即可获得NaHCO3晶体,典例5利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下:依据上述流程,完成下列填空:,(1)天然气脱硫时的化学方程式是。(2)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol,产生H2mol(用含n的代数式表示)。(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行,加压的理论依据是(填字母)。A.相似相溶原理B.勒夏特列原理C.酸碱中
21、和原理(4)分析流程示意图回答,该合成氨工艺主要原料是,辅助原料有。,(5)请写出由CH4为基本原料经四次转化为合成氨的N2、H2的化学反应方程式 。(6)整个流程有三处循环,一是Fe(OH)3循环,二是K2CO3(aq)循环,请在上述流程图上标出第三处循环(循环方向和循环物质)。解析该生产工艺属于多处循环生产工艺,因此分析工艺流程示意图时,分析的主线是弄清基本原材料CH4转化为合成氨的基本原料N2和H2的工艺生产原理,但还要回头分析循环生产的理由和循环生产的工艺生产段。通过这样既考虑产品的合成,又考虑原料的充分利用,该题所涉及的问题也就可以解答了。,答案(1)3H2S+2Fe(OH)3 Fe2S3+6H2O(2)2.7n(3)B(4)CH4、H2O、空气K2CO3、Fe(OH)3(5)CH4+H2O(g) CO+3H2、CO+H2O(g) CO2+H2、2CH4+3O2 2CO+4H2O、CO2+H2O+K2CO3 2KHCO3(6),