高考化学复习知识点深度剖析 专题四 第一节 无机金属材料的主角硅 新人教版.doc

2013化学复习知识点深度剖析 专题四 第一节 无机金属材料的主角硅 概述元素化合物知识是中学化学的重要组成部分。化学科考试说明中元素化合物知识点共有100多个，非金属元素则是其中的重要板块，有关非金属元素知识的信息题、实验题、框图推断题在近几年高考中既是热点，又是难点，从近几年新课标高考卷来看，命题重点主要体现在以下几个方面： （1）突出基础：高考选择非金属元素及其化合物最基本的知识命题，以化学性质为主体，兼顾物理性质、用途等；（2）强调联系：同一选择题可能考查多种主族非金属元素，也可以考查同一主族四块不同内容，考查知识不深，但联系宽泛。另一种联系方式是将元素化合物知识与基本概念和理论联系起来命题；（3）注重创新：高考不回避考查热点，但不断创新角度，选择近几年没有考查的视角命题。（4）考查主干： 选择元素及其化合物命题以主干知识为核心，一般不涉及教材之外的内容。（5）关注化工： 在ii卷中，主要以无机化工流程图、综合实验探究等题型考查元素化合物知识，在stse背景下考查元素及化合物知识。 知识梳理 1碳和硅及其化合物间的相互转化关系 2氯及其化合物 3氮及其化合物的相互转化 4硫及其化合物的相互转化第一节 无机金属材料的主角硅考纲解读考纲内容要求名师解读碳及其化合物硅的制备和二氧化硅、硅酸盐在最新信息中的展示；以co的还原性为命题点，综合考查化学实验设计和氧化还原反应；以碳及其他元素形成的化合物为命题点，设计框图，综合考查推理能力、分析、综合等诸种思维能力。硅及其化合物基础巩固 一、硅单质1元素的存在形态、单质的物理性质及其用途（1）结构：与金刚石相似，为_结构。 （2）物理性质：熔点和沸点_，导电性介于_和_之间。 （3）用途：制造_（信息材料）、制造_等。 2化学性质：在常温下，除与f2、hf和强碱溶液反应以外，硅不易和其他物质反应。有关化学反应方程式为：_；_；_。 3制取：_；_；_。 【思考交流1】硅的性质有哪些特殊性？ 提示：（1）硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。 sio2+2c=si+2co （2）非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有h2生成 （与酸反应产生氢气是活泼金属的性质）。si+4hf=sif4+2h2 （3）非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却不然。 si+2naoh+h2o=na2sio3+2h2 二、二氧化硅1存在：广泛存在于自然界中（_、_、_的主要成分均是二氧化硅）。2物理性质：纯sio2是_色透明的晶体，硬度_，熔沸点_。3化学性质： （1）酸性氧化物：与naoh反应_。 （2）和氢氟酸反应：_。 （3）在高温下，可与na2co3、caco3等碳酸盐反应。4用途：_用于建筑，石英用于制造_，纯sio2用于制造光学器材和_。【思考交流2】有人认为sio2既能与酸反应又能与碱反应，所以认为它是一种两性氧化物，你同意这种看法吗？提示：不同意。因为sio2只能与hf反应，而与其他酸不反应，且与hf反应时并没有同时生成盐和水。三、硅酸和硅酸盐1硅酸 （1）物理性质：_溶于水。 （2）化学性质：弱酸性比碳酸的酸性弱与naoh溶液反应的化学方程式为_； 向na2sio3溶液中通入少量co2反应的化学方程式为_。不稳定性 受热分解，化学方程式为_。 （3）用途：硅胶可用做_，也可用做_的载体等。2硅酸盐 （1）硅酸盐由_等元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 （2）硅酸钠硅酸钠的水溶液俗称_，是无色黏稠状液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 （3）硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式来表示硅酸盐的组成：如硅酸钠（na2sio3）可表示为_，石棉（camg3si4o12）可表示为_。四、无机非金属材料 （1）三大硅酸盐材料使用量最大的无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料_主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑 （2）特殊功能的含硅物质碳化硅：化学式为_，俗称_，与金刚石结构相似，硬度很大。硅钢：具有很高的导磁性，用做变压器的铁芯。硅橡胶：既耐高温又耐低温的橡胶。分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐，主要用做_和_。实验探究拓展实验：高纯硅的制取实验【原理】高纯硅在科技进步、信息革命、新能源研究等方面起到了至关重要的作用。在各类考试中，有关高纯硅的制取问题，一直是命题的热点。 【准备】分液漏斗、烧杯、广口瓶、sihcl3、稀硫酸、锌、浓硫酸、水、石英管。 【操作】 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅； 粗硅与干燥的hcl气体反应制得sihcl3：si3hclsihcl3h2； sihcl3与过量的h2在10001100的条件下反应制得纯硅。 已知sihcl3能与h2o发生强烈反应，在空气中易自燃。 练一练： （1）第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图所示（热源及夹持装置略去）：装置b中的试剂是_。装置c中的烧瓶需要加热，其目的是_。 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_。 为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检验实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。 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溶液重点突破 一、直击考点考点一 硅及其重要化合物知识网络在高考中单纯涉及本章部分内容的试题并不多，大多是以综合考查非金属元素知识方式进行的。近年来出现设计纳米技术、新材料的信息题，又由于本考点知识与日常生活、生产联系较广，因此在高考复习中必须引起高度重视，但这类试题难度都不是很大，只要掌握其新型无机非金属材料的特点一般都能解决。 【例1】在下图所示的物质相互转化关系中，a是一种固体单质，e是一种白色不溶于水的物质。据此填空：（1）写出各物质的化学式 a_ b_ c_ d_ e_ f_（2）b与a溶液反应的离子方程式是_；（3）a与a溶液反应的离子方程式是_。 考点二 用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成 这种题型的特点常联系自然界的一些岩石、矿物，以填空题的形式出现，有时会结合社会生活，难度较大。 【例2】矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水、co2同时作用的过程。 例如钾长石（kalsi3o8）风化生成高岭土al2si2o5(oh)4，此后反应的离子方程式为：2kalsi3o8+2h2co3+9h2o=2k+2hco3+4h4sio4+al2si2o5(oh)4。 （1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式 kalsi3o8_ al2si2o5(oh)4_ （2）上述反应能够发生的原因是_。 考点三 比较水泥和玻璃的生产方法 这种题型的特点是以社会热点为背景，起点高落点低，只要结合所学知识分析，就能解题。解决这部分试题的关键在于要从生活中认识化学，将书本的知识与实际相联系。硅酸盐产品水泥玻璃主要设备水泥回转窑玻璃熔炉原料石灰石和粘土纯碱、石灰石、石英（过量）反应原理发生复杂的物理化学变化（不作要求）na2co3sio2na2sio3co2caco3sio2casio3co2主要成分2caosio23caosio23caoal2o3na2sio3、casio3、sio2反应条件高温高温石英玻璃、普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃的化学组成和性质异同点：石英玻璃是由二氧化硅组成的玻璃，其硬度较大，膨胀系数低，耐热性、化学稳定性和电绝缘性都好。把普通玻璃加热到接近软化的温度后急速均匀冷却，得到钢化玻璃。所以普通玻璃和钢化玻璃的化学组成相同，都是钠钙的硅酸盐，但钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大，热稳定性也较高。有色玻璃的化学组成与普通玻璃相比，增加了某些金属氧化物。【例3】下列表述正确的是（ ）人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分为二氧化硅化学家采用玛瑙研砵磨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眼镜来保护眼睛太阳能电池可用硅材料制作，其应用有利于环保、节能abcd 考点四 硅及其化合物的“反常”现象归纳这种题型主要在物质推断中出现，硅及其化合物的“反常”现象往往是我们进行物质推断的题眼，所以对于这些“反常”现象需要记忆，这样便于我们迅速完成解题。1非金属单质一般为非导体，但si为半导体。2硅化学性质不活泼，但自然界中却没有游离态的硅，它以二氧化硅、硅酸盐等形式存在。3硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅：si2c si2co。4非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却不然：si2naohh2ona2sio32h2。5非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有氢气生成：si4hfsif42h2。6虽然二氧化硅是硅酸的酸酐，但不用二氧化硅与水反应制备硅酸，一般用可溶性硅酸盐跟酸作用来制备：na2sio32hclh2sio32nacl。7酸性氧化物一般不与酸反应（除氧化还原反应外），而二氧化硅却能与氢氟酸反应：sio24hf=sif42h2o8无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。9较强的酸能把较弱的酸从其盐溶液中制取出来，这是复分解反应的一般规律，如na2sio3co2h2o=na2co3h2sio3，而反应na2co3sio2 na2sio3co2也能进行。10硅酸盐的水溶液俗称水玻璃，但它和玻璃的化学成分并不相同。硅酸钠也叫泡花碱，但它是盐而不是碱。11非金属氧化物一般是分子晶体，而二氧化硅却是原子晶体。 【例4】指出下列反应中sio2所表现的化学性质或作用，在ae选项中选择正确答案填入括号内 sio2 + 2naoh = na2sio3 + h2o （ ） na2co3 + sio2 na2sio3 + co2 （ ） sio2 + 2c si + 2co （ ） sio2 + 3c sic + 2co （ ） sio2 + 4hf = sif4+ 2h2o （ ） a作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 b弱氧化性 c酸性氧化物的通性 d将挥发性酸酐从其盐中置换出来 e未参加氧化还原反应 二、走出误区： 误区一 误认为在可溶性的碳酸盐溶液和酸式碳酸盐溶液中逐滴加入强酸溶液实验现象相同在可溶性的碳酸盐溶液和酸式碳酸盐溶液中直接加入大量的强酸溶液，实验现象均是有大量的无色无味的气体生成，而在上述溶液中逐滴加入强酸溶液的实验现象就不同了，前者先生成酸式盐，当正盐全部转变成酸式盐后再加强酸则有气体放出；后者则直接放出无色无味的气体，这两个实验现象的差异很容易被忽略，也是命题者常设的陷阱。由于硅酸的酸性很弱，则没有碳酸盐的这一性质，在可溶性的硅酸盐溶液中加强酸则立即有沉淀生成。【例1】只用一种试剂就能将na2sio3、na2co3、mgcl2、ba(hco3)2四种无色溶液区别开来，这种试剂是（ ）a. 氢氧化钠溶液 b. 澄清石灰水c. 2 mol / l 盐酸 d. 2 mol / l 硫酸错解：d原因：a项中将氢氧化钠溶液加入到上述四种溶液中，均无白色沉淀，故a项不正确；b项中澄清石灰水分别加入到四种溶液中均有白色沉淀，故b项不正确；c项中将2 mol / l 盐酸分别加入到上述四种溶液中，有白色沉淀的是na2sio3溶液，na2co3中加入盐酸有无色无味的气体放出，将盐酸加入到mgcl2溶液中无明显现象，在ba(hco3)2溶液中加入盐酸溶液有无色无味的气体放出，故c项不正确；d项中2 mol / l 硫酸若加入到na2sio3溶液中有难溶于水的硅酸白色沉淀，硫酸加入到na2co3溶液中有无色无味的气体放出，mgcl2溶液中加入稀硫酸无明显现象，在ba(hco3)2溶液中加入稀硫酸既有白色沉淀又有无色无味的气体产生实验现象各不同，故d项正确。正解：cd原因：上述分析中a、b、d项均分析正确的，但c项的分析错了，因为在na2co3溶液中逐滴加入稀盐酸，开始发生的反应是co32+hhco3，没有无色无味的co2气体放出，但继续加入稀盐酸，则有无色无味的气体产生。上述四种溶液中的实验现象均不同所以应选c项和d项。误区二 误认为化学方程式和离子方程式的书写与试剂的“过量”和“少量”无关某种试剂的“过量”和“少量”的化学方程式和离子方程式的书写问题，也是同学在书写化学方程式中易错和易混淆的问题，也是化学方程式和离子方程式正、误判断中出现概率较高的题，分析该类题的书写方法和规律，对你能正确判断该类离子方程式的书写正误将有大的帮助。【例2】按下列要求书写下列反应的化学和离子方程式（1）向一定量的na2sio3溶液中通入过量的co2气体；（2）向一定量的小苏打溶液中逐滴加入澄清的石灰水至过量；（3）向一定量的澄清的石灰水中逐滴加入小苏打溶液至过量。 错解： （1）化学方程式：na2sio3 + co2 + h2o h2sio3 + na2co3 离子方程式：sio32+ co2 + h2o h2sio3+co32 （2）化学方程式：2nahco3+ca(oh)2 na2co3+caco3+2h2o 离子方程式：2hco3+ca2+2oh caco3+co32+2h2o（3）化学方程式：nahco3+ca(oh)2 naoh+caco3+h2o 离子方程式：hco3+ca2+oh caco3+h2 化学方程式：nahco3+ca(oh)2 naoh+caco3+h2o，离子方程式：hco3+ca2+oh caco3+h2o，当澄清的石灰水反应完后，继续滴加nahco3溶液的方程式：nahco3 + naoh na2co3 + h2o，离子方程式：hco3 + oh co32 + h2o。总结“过量”和“少量”时书写方程式的方法简称：“少定”和“多变”。具体的含义是；“少定”若某反应物是少量时，“定”该少量物为1个分子完全反应，或1mol完全反应；“多变”是指某过量反应物可多可少，即是将1分子（或1mol）少量反应物完全反应所需的过量反应物的分子个数或物质的量。 误区三 单质硅和氢氧化钠溶液的反应：si + 2naoh + h2o = na2sio3 + 2h2，误认为氢氧化钠是氧化剂失4e得2e得2e 【例3】下列离子方程式或表示方法正确的是 （ ） a单质硅和强碱溶液反应 si + 2oh + h2o = sio32+ 2h2 b四氧化三铁和足量的盐酸反应的离子方程式 fe3o4+8h+ =3fe2+4h2o c碳酸氢钙与过量氢氧化钠溶液反应 ca2+co32-=caco3 d把稀硫酸滴人硅酸钠溶液中 2h+h2o+sio32-=h4sio4 巩固复习1根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是（ ） 生成物是硅酸盐反应条件是高温含有硅的物质作原料反应原理是一系列 复杂的物理化学变化 ab c d答案：d解析：该题主要考查学生归纳知识的能力，知识的总结和归纳能力也是重要的能力之一。2关于地壳中含量占第一位与第二位的元素之间形成的化合物，下列说法正确的是（ ） a可溶于水，显酸性 b它的化学性质不活泼 c是酸性氧化物，不溶于任何酸 d它的熔沸点较低，物理性质类似于co2答案：b解析：地壳中含量第一位、第二位的分别是o、si，它们形成的化合物是sio2，sio2不溶于水，不和水反应，熔沸点较高，硬度较大，物理性质和co2的差异很大，故a项、d项均不正确。c项中sio2虽是酸性氧化物，和很多酸不反应，但能和氢氟酸反应：sio2 + 4hf = sif4+ 2h2o，故c项不正确。b项中由于硅的亲氧性大，我们可以得出sio2的化学性质稳定，故b项正确。3能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（ ） aco2溶于水生成碳酸，sio2不溶于水也不能跟水直接反应生成硅酸 b在高温条件下，sio2和na2co3能发生反应：sio2 + na2co3 na2sio3 + co2 csio2熔点比co2高 dco2通入na2sio3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的h2sio3逐渐聚合而形成硅酸溶胶4碳化硅(sic)的一种具有类似金刚石的结构的晶体，其中碳原子和硅原子的位置是交错的，在下列三种晶体金刚石晶体硅碳化硅中，熔点从高到低的顺序是( )abcd答案：a解析：由题意可知sic属于原子晶体，原子晶体的熔沸点高低与形成原子晶体的原子半径相关，原子半径越小，原子间的作用力越强，原子晶体的熔沸点越高，故熔沸点：金刚石碳化硅晶体硅。5新型无机材料碳化钛（tic）、碳化硼（b4c）、氮化硅（si3n4）等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温的条件下进行，在合成时最好在（ ）a氧气气氛中b二氧化碳气氛中c氩气气氛中d以上均可答案：c解析：氧气化学性质活泼，在高温的条件下，能与非氧化物陶瓷反应，a不正确；在高温的条件下，co2能与单质碳及碳化物反应，生成co，b不正确；氩气化学性质较稳定，在高温的条件下不与非氧化物陶瓷反应，所以c正确。6下列盐溶液中，通入过量co2，最后溶液中还有白色沉淀的是（ ）abacl2 bca(clo)2 cca(oh)2 dna2sio3答案：d解析：a，碳酸的酸性比盐酸弱，不能反应；b、c，首先生成碳酸钙沉淀，但co2过量又会生成可溶性的碳酸氢钙；d，生成的硅酸或原硅酸不溶于水，也不溶于过量的二氧化碳水溶液。7下列关于碳族元素的说法中，错误的是（ ）a迄今为止，生成化合物种类最多的元素是碳b气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱c最外层都有4个电子，稳定的氧化物均为ro2（其中r表示碳族元素）d从上到下，非金属性向金属性递变的趋势比卤族元素明显答案： c解析：碳族元素中c、si、ge、sn的+4价化合物比较稳定，而pb的+2价化合物比较稳定，+4价铅的化合物具有较强的氧化性。8将石墨置于熔融的钾或气态的钾中，石墨会吸收钾而形成钾石墨，其结构可以是c8k、c24k、c36k和c48k。在钾石墨中，钾元素处于石墨层中间，因此石墨层之间被胀大，层间的距离增加。下列对钾石墨的叙述中，不正确的是（ ）a钾石墨中可能存在k+b钾石墨导电性比石墨强c钾石墨与水相遇，可能发生化学反应dc8k、c24k、c36k和c48k属于同素异形体答案： d解析：由信息可知，这些物质不是简单的金属碳化物，相当于金属钾嵌入石墨层中间，钾晶体属于金属晶体，含有钾离子，钾与水能发生反应，钾的导电性比石墨强，所以a、b、c正确；d，由同种元素形成的不同单质才是同素异形体。提高训练9下列化学用语或类别，不正确的是（ ）a sic属原子晶体 b甲基的电子式c c60分子模形图 d碳的原子结构示意图 答案：b解析 ：甲基的电子式应为。10材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )材料主要化学成分a刚玉、金刚石三氧化二铝b大理石、石灰石碳酸钙c普通水泥、普通玻璃硅酸盐d沙子、石英二氧化硅11现有下列五个转化，其中不能通过一步反应实现的是( )sio2na2sio3；cuso4cucl2；sio2h2sio3；cuocu(oh)2；na2o2na2so4abcd答案：b解析：可由sio22naoh=na2sio3h2o制得；可由cuso4bacl2=baso4cucl2制得；难溶性酸、碱不能由其氧化物与水反应制得，中h2sio3为难溶性酸，中的cu(oh)2为难溶性碱；可由反应na2o2 so2=na2so4制得。12下列离子方程式正确的是（ ）a碳酸氢钙溶液中加盐酸：hco3+h+=co2+h2ob碳酸氢钙溶液中加足量的氢氧化钠溶液：ca2+oh+hco3=caco3+h2oc稀硫酸和氢氧化钡溶液：ba2+so42=baso4d水玻璃中通入过量二氧化碳：sio32+co2+2h2o=co32+h4sio413若甲、丙为短周期主族元素组成的单质，乙、丁都是由两种元素组成的化合物，它们之间有如图所示的转化关系，则满足条件的甲和丙可以为（ ）a钠和氧气b氯气和氧气c碳和硅d氯气和溴答案：c解析：钠不能置换出氧，a不正确；氯气和水反应生成hcl和hclo，b不正确；碳在高温下还原二氧化硅得到硅和一氧化碳，c正确；溴不是短周期元素，d不正确。14烧杯中放入固体物质x和液态物质y，x不能溶解，当通入气体z时发现x逐渐溶解，直到完全溶解，则x、y、z分别是（ ）a二氧化硅、氯化亚铁溶液、氯气 b大理石、水、三氧化硫气体c氧化铝、水、氨气 d碳酸钡、碳酸氢