第二节硅酸盐工业简介

精华名师辅导教学内容：第二节硅酸盐工业简介【基础知识精讲】1.硅酸盐工业以含硅物质为主要原料，经过加热制成各种硅酸盐产品的工业。如制水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业。2.水泥水泥是主要的建筑材料。因为水泥具有水硬性，所以也是水下工程的必备材料，水泥生产主要有三个阶段：①配制生料②高温煅烧得熟料③加石膏研成细末得产品。加入石膏的作用：调节水泥的硬化速度。原料主要采用石灰石和粘土。3.玻璃玻璃属于玻璃态物质。不同种类的玻璃具有不同的用途。普通玻璃(如门窗玻璃)、光学玻璃(如光学仪器)、石英玻璃(如化学仪器)、钢化玻璃(如运动器材)、玻璃纤维(如太空飞行员衣服)等制造玻璃的主要原料为纯碱、石灰石和石英。4.陶瓷陶瓷生产的主要原料是粘土。其生产过程需要经过混合——成型——干燥——烧结——冷却等。陶瓷具有耐腐蚀、耐高温、绝缘易成型等特性。5.水泥和玻璃的比较：水泥玻璃主要原料粘土、石灰石纯碱、石灰石、石英生产过程及主要反应原料磨细生料煅烧熟料石膏粉成品复杂的物理变化和化学变化原料粉碎按比例混合强热熔化添加剂成型Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2↑主要成分3CaO·SiO2硅酸三钙2CaO·SiO2硅酸二钙3CaO·Al2O3铝酸三钙Na2SiO3、CaSiO3、SiO2特性水硬性(不可逆过程)没有固定的熔点和沸点，可在一定温度范围内软化主要设备水泥回转窑玻璃熔化炉【重点难点解析】改写化学式发掘解题信息在解化学题时，涉及到有关复杂化学式的化学方程式的书写或化学计算，因忽视题目的化学式的隐含信息，导致解题时出错或无法突破解题难点而放弃作答。涉及复杂化学式的有关题目，一般可考虑用下述解题思路：复杂化学式改写组合为熟悉化学式联靠已知知识解题回归答案。例1由实验测得，把同物质的量浓度的NaOH溶液滴入CuSO4溶液中，两者体积比为1.5∶1时(残存在溶液中的Cu2+极少，可认为全部转入沉淀中)，所生成的沉淀的化学式是()A.Cu(OH)2B.Cu(OH)2·CuSO4C.2Cu(OH)2·CuSO4D.3Cu(OH)2·CuSO4解析将提供的选项改写为能反映出n(OH-)∶n(Cu2+)之比的化学式。以D为例，3Cu(OH)2·CuSO4Cu4(OH)6SO4n(OH)-∶n(Cu2+)＝6∶4＝1.5∶1，与题意吻合，故答案为D。点评常规解法为：先确定Cu(OH)1.5(SO4)x,根据化合价规则或电荷守恒确定x＝0.25，最后使离子或原子团变为最简整数比得化学式：Cu4(OH)6SO4答案D。例2有一种锰和氧的化合物可以称为高锰酸锰，其中锰元素呈+2、+7两种价态，则这两种化合物的化学式为______________。解析由熟知KMnO4知高锰酸根为MnO4-，其中Mn为+7价，它与+2价Mn形成化合物Mn(MnO4)2。点评若改写为氧化物的形式则为Mn3O8。从逆向思维考虑，若已知Mn3O8和其中锰为+2、+7价，我们也能把它改写为盐的化学式。例3三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为______________，它的中和胃酸(HCl)的化学方程式是：______________。解析本题若直接写三硅酸镁与盐酸的反应，很多学生会感到无从入手或写错方程式。但若能将此硅酸盐改写成氧化物的形式，便可看出该反应可看作是判断碱性氧化物(MgO)、酸性氧化物(SiO2)能否与盐酸反应的问题。答案2MgO·3SiO2·nH2O;2MgO·3SiO2·nH2O+4HCl＝2MgCl2+3SiO2+(n+2)H2O。点评解题依据是：碱性氧化物与酸反应生成盐和水，酸性氧化物不与酸(盐酸)反应。例4将氯气通入石灰乳中得到漂粉精。漂粉精的主要成分是Ca3Cl3(ClO)3(OH)2·nH2O。现测得该漂粉精的“有效氯”(过量HCl和漂粉精作用生成Cl2的质量与漂粉质量之比)为35.6%，则该漂粉精的组成中n值为______________。解析同学们熟知的漂粉精是Ca(ClO)2和CaCl2的混合物，故解题时应把不熟悉的化学式尽可能改写成熟悉的、易于辩认的化学式。Ca3Cl3(ClO)3(OH)2·nH2O改写Ca(OH)2·23Ca(ClO)2·23CaCl2·nH2O［或2Ca(OH)2·3Ca(ClO)2·3CaCl2·2nH2O］然后依题意写出主要与计算有关的化学方程式：Ca(ClO)2+4HCl＝CaCl2+2Cl2↑+2H2O所以，)()(2漂粉精mClm＝n182/31112/314374713＝35.6%，解上式得：n＝8。点评华罗庚先生说过：“把一个比较复杂的问题‘退’成最简单最原始的问题，把这最简单最原始问题想通了，想透了，然后再……来一个飞跃上升”。这是一个非常精辟的思维方法，用这种方法去思考问题极有意义。【难题巧解点拨】例1在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要原料()A.纯碱B.石灰石C.石英粘土(提示：炼铁中需要石灰石，用以除去SiO2等杂质)解析这是一道硅酸工业中理论联系实际问题的试题。解答本题时应熟悉生产玻璃、水泥等产品的原料情况。制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英；制水泥的原料是石灰石、粘土等；炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。相互对比后可知B项为正确答案。答案B选项符合题意。点评只要熟练掌握了硅酸盐工业生产中所需的主要原料以及炼铁工业的原料，本题可迎刃而解。例2硅胶是网状多孔的物质，有强吸附性，可用作干燥剂、吸附剂和催化剂的载体。在减压条件下将硅酸加热至300℃，使其失水即可得硅胶。现以石英、纯碱为主要原料(其它原料任选)制备硅胶。写出有关的化学方程式：___________________________________解析这是一道有关物质的制备题。根据SiO2(石英)不与水反应，但能与NaOH、Na2CO3反应生成Na2SiO3，再根据硅酸是弱酸，用Na2SiO3与酸作用来制得H2SiO3。合成路线为：SiO232CONaNa2SiO3盐酸H2SiO3△SiO2(硅胶)答案SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑Na2SiO3+2HCl＝2NaCl+H2SiO3↓例3有三种透明、不溶于水的坚硬固体。A固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色无味气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体的密度是氧气密度的1.375倍。B固体能溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量盐酸时，析出白色沉淀，此沉淀是一种比H2CO3还弱的酸，干燥后为不溶于水的白色粉末。B与石灰石、纯碱按一定比例混合加热后，能得到C，C在高温时软化，无固定熔点。根据以上事实，判断A、B、C各为何物，写出有关反应的化学方程式。解析A物质燃烧后产生气体的相对分子质量为：32×1.375＝44。结合它无色无味且使澄清石灰水变浑浊的性质，可推断此气体为CO2，又因为A为透明不溶于水的坚硬固体，故可判断A为金刚石。C+O2点燃CO2B物质能与苛性钠反应，且所得溶液与盐酸反应生成一种比H2CO3还弱的酸，且这种酸是一种难溶于水的白色固体，故可判断B为石英。SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl+H2O＝H4SiO4↓+2NaClH4SiO4＝H2SiO3+H2OC物质由石灰石、纯碱、B物质(石英)混合加热而制得，结合高温时软化且无固定熔点，判断C物质为普通玻璃。SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2↑SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑答案A为金刚石、B为石英、C为普通玻璃。有关的化学方程式如下：C+O2点燃CO2，CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2OSiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl+H2O＝H4SiO4↓+2NaClH4SiO4＝H2SiO3+H2OCaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2↑SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑点评本题是推断题。考查有关SiO2、Na2SiO3、H2SiO3以及玻璃等物质的性质以及推理判断能力。其突破口是C高温时软化，无固定熔点，这是玻璃的特性，由此推知B可能为SiO2是解题的关键。【课本难题解答】二、(1)5∶4∶25(2)Na2CO3:265kgCaCO3:200kgSiO2:750kg【命题趋势分析】与工业实际相结合的知识点的综合运用，以选择题型为主。【典型热点考题】例1熔融烧碱应选用的器皿是()A.石英坩埚B.普通玻璃坩埚C.生铁坩埚D.陶瓷坩埚解析石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2，高温下，烧碱能与SiO2反应而使坩埚腐蚀：SiO2+2NaOH熔融Na2SiO3+H2O，铁在高温下不与NaOH反应，故答案为C。点评实验中选用器皿，既要考虑器皿材料的熔点，又要考虑材料与所盛物质之间能否反应。例2钾玻璃中含有18.4%的K2O、11%的CaO、70.6%的SiO2。计算三种氧化物的物质的量之比。若需制造5.1t钾玻璃，需用碳酸钾、石灰石和二氧化硅多少吨?写出制取钾玻璃的反应方程式。解析(1)K2O、CaO、SiO2的物质的量之比为944.18∶560.11∶606.70＝1∶1∶6。(2)设需K2CO3和CaCO3的质量分别为x和y，由关系式计算原料的用量。K2CO3——K2OCaCO3——CaO1389410056x5.1t×18.4%y5.1t×11.0%解比例式得x＝1.38t,y＝1.0t。SiO2用量为5.1t×70.6%＝3.6t。(3)K2CO3+SiO2高温K2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2↑点评普遍玻璃(又称钠玻璃)原料中Na2CO3用K2CO3代替，即制得钾玻璃。例3自然界存在的碳酸盐类铜矿(如孔雀石、青石等)的化学式组成为aCuCO3·bCu(OH)2(a、b为正整数，且a≤2,b≤2)，(1)将孔雀石、青石矿样分别加盐酸至完全溶解，盐酸物质的量与产生CO2物质的量之比：孔雀石为4∶1，青石为3∶1，则它们的化学组成可表示为，孔雀石__________青石________。(2)今有一份碳酸盐类铜矿样品，将其等分为A、B两份，然后加盐酸使A样品完全溶解，产生CO23.36L(标准状况下)；加热B样品使其完全分解，得到20gCuO。试计算并确定该矿石的化学组成。(3)某碳酸盐铜矿石加盐酸完全溶解后，产生CO26.72L(标准状况下)，这份样品中CuO含量不低于______________g(4)设某碳酸盐类铜矿样品质量为Ag，所以含CuO质量为Bg。加酸完全溶解后，产生的CO2体积为VL(标准状况下)，则含铜矿样的A、V、B之间的关系为：A＝______________解析本题从整体上设计四个小题由易到难，考查层次逐步深入：通过将化学知识应用于矿样分析这一实际例子，考查了碳酸盐、Cu(OH)2的性质以及物质的量、气体摩尔体积等概念的综合应用。在能力方面着手考查了分析、推理、正向思维和逆向思维、抽象思维与具体应用能力。(1)孔雀石中：abaa)(＝14得ba＝11青石中：aba)(2＝13得ba＝12所以在a≤2，b≤2时，孔雀石的化学式为：CuCO3·Cu(OH)2青石的化学式为：2CuCO3·Cu(OH)2(2)n(CO2)＝0.15mol＝n(CuCO3)n(CuO)＝0.25mol＝n(CuCO3)+n［Cu(OH)2］所以：n［Cu(OH)2］＝0.25mol-0.15mol＝0.10mola∶b＝n(CuCO3)∶n［Cu(OH)2］＝3∶2因为a≤2,b≤2，所以该矿样混合物的化学组成为：CuCO3·Cu(OH)2和2CuCO3·Cu(OH)2的混合物(3)aCuCO3·bCu(OH)2矿样：n(CuO)∶n(CO2)＝(a+b)∶