【步步高】高考化学大一轮复习讲义 第四章 第1讲 无机非金属材料的主角——硅.doc

第1讲无机非金属材料的主角硅考纲解读1.了解c、si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解c、si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查c、si元素及其重要化合物的性质及应用。考点一碳、硅单质的存在与性质1c、si单质的存在形态、物理性质及用途(1)碳在自然界既有_态又有_态。碳的同素异形体有_、_、无定形碳、_等。(2)硅在地壳中的含量占第_位，仅次于_，全部以_态存在，是一种亲_元素，单质硅有_和_形两种。晶体硅是良好的_材料，在计算机等电子工业，可用作_、大规模_等。硅是人类将_能转化为_能的常用材料，所以硅还用于制造_。2碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。与o2反应高温与强氧化性酸反应浓h2so4：浓hno3：c4hno3(浓)=co24no22h2o)o2(足量)：o2(不足)：与氧化物反应cuo：(冶炼金属)sio2：(制取粗硅)(1)碳h2o：ch2o(g)=coh2(制取水煤气) (2)si1下列关于碳族元素的叙述，不正确的是 ()a碳族元素的化合物主要是共价化合物b碳族元素的单质都是导体或半导体c自然界中大量存在着碳族元素中某元素的气态氢化物d碳族元素形成的化合物多于其他族元素形成的化合物2下列关于硅的说法中，不正确的是()a硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料b硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料c硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应d加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应32010年诺贝尔物理学奖用于表彰首次剥离出单层石墨的科学家。单层石墨称为石墨烯，这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”的石墨烯，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料，应用前景十分广阔！(结构示意图如图所示)。下列关于石墨烯的叙述正确的是()a石墨烯可导电，说明它是电解质b石墨烯、金刚石、c60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质c由于c(石墨，s)=c(金刚石，s)h1.9 kjmol1知金刚石比石墨烯稳定d尽量使用含c的产品，减少使用含c的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨考点二碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性质：_色气体，_毒，_溶于水。(2)化学性质燃烧：_，_火焰；还原cuo：_。2二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构_结构，不存在单个分子存在单个co2分子主要物理性质硬度_，熔、沸点_，常温下为_体，不溶于水熔、沸点_，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应与酸反应只与氢氟酸反应：_不反应与碱(naoh) 液反应_(盛碱液的试剂瓶用_塞)与盐反应如与na2co3反应：_如与na2sio3反应：_或na2sio32h2o2co2(足量)=h2sio32nahco3与碱性氧化物反应如与cao反应：_如与na2o反应：_用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐4除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法： (1)co(co2)：_。 (2)co2(co)：_。 (3)co2(o2)：_。 (4)co2(so2)：_。 (5)co2(hcl)：_。 (6)co2(h2s)：_。5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。sio22naoh=na2sio3h2o()sio2na2co3na2sio3co2()sio22csi2co()sio23csic2co()sio24hf=sif42h2o()a作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀b氧化性c酸性氧化物的通性d将挥发性的酸酐从其盐中置换出来e未参加氧化还原反应6下列关于碳和硅的氧化物说法正确的是_。碳和硅的氧化物都是酸性氧化物二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成二氧化硅不与水及任何酸反应co2、ch4等气体都是温室气体co常作还原剂，pbo2常作氧化剂碳在高温下与sio2反应，作还原剂，但碳的非金属性比硅强考点三硅酸及硅酸盐1硅酸硅酸_溶于水，其酸性比碳酸_，硅酸_(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解：_。(2)硅酸能与碱溶液反应，如与naoh溶液反应的化学方程式为_。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作_。2硅酸盐(1)概念：_的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(na2sio3)写成_，钾云母(kh2al3si3o12)写成_。(3)硅酸钠(na2sio3)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称_，有黏性，水溶液显碱性。它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为与盐酸反应：_。与co2水溶液反应：_。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑(2)新型无机非金属材料，如_、_、_、_等。7据搜狐网站报道：国家质检总局称，在我国销售的德国nuk牌婴儿爽身粉含有一级致癌物“滑石粉”。已知滑石粉的化学式为mg3(si4o10)(oh)2，色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是()a滑石粉属于无机硅酸盐类物质b滑石粉组成可表示为3mgo4sio2h2oc爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性d滑石粉可能会与氢氟酸、naoh溶液发生反应8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：sio2na2co3na2sio3co2csio2的熔点比co2的高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9(1)想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出1个与它们同类的物质_。a光导纤维 b有机陶瓷c人造纤维 d砖瓦(2)下列物质中，属于新型无机非金属材料的是_。a钢化玻璃 b碳化硼陶瓷c光导纤维 d硼酸盐玻璃(3)人造骨是一种新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构，这是利用了这类材料的_特性，人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨髓的牢固结合。人造骨植入人体内需要吸收人体中_形成新骨。aca2 bcl cna dpoco2与强碱溶液反应产物的判断方法【例1】在100 ml 1 moll1 naoh溶液中缓缓通入co2气体。(1)请写出通入co2气体的过程中发生反应的离子方程式。 (2)讨论随co2通入量的多少，反应产物的不同及量的多少。方法小结数轴法突破有关co2与碱反应的计算co2通入naoh、ca(oh)2等强碱溶液的反应与co2气体的通入量有关，当co2通入少量时生成碳酸盐，当co2通入过量时生成碳酸氢盐；当co2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意co2与碱之间量的关系。以co2与naoh溶液反应为例：co22naoh=na2co3h2oco2naoh=nahco3当n(oh)n(co2)的值不同时产物如下：【例2】标准状况下，将3.36 l co2气体通入200 ml 1.00 moll1 naoh溶液中，充分反应后溶液中c(co)与c(hco)的比值为(不考虑co、hco的水解)()a11 b12 c21 d13【例3】向含有0.2 mol naoh和0.1 mol ba(oh)2的溶液中持续稳定地通入co2气体，当通入气体为8.96 l(0 ，1.01105 pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入co2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()碳族元素综合推断题的解题方法【例4】已知a、b、c、d、e、f、g、h可以发生如图所示的转化，反应中部分生成物已略去。其中，a、g为同一主族元素的单质，b、c、h在通常情况下为气体，化合物c是一种形成酸雨的大气污染物。请填空：(1)h的名称是_。(2)e的两种用途是_、_。(3)反应的化学方程式是_。(4)反应的离子方程式是_。建立模型解答无机推断题的思维模型【例5】如图所示物质的转化关系中，a是一种固体单质，e是一种白色沉淀。请回答下列问题：(1)b的化学式是，目前b已被用作的主要原料。(2)b和a溶液反应的离子方程式是_。 (3)a和a溶液反应的离子方程式是_。 (4)c和过量的盐酸反应的离子方程式是_。工业制取高纯硅 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。【例6】硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(sihcl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：写出由纯sihcl3制备高纯硅的化学反应方程式_。整个制备过程必须严格控制无水无氧。sihcl3遇水剧烈反应生成h2sio3、hcl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_；h2还原sihcl3过程中若混入o2，可能引起的后果是_。(2)下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母)。a碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥b氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承c高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维d普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高e盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释。【例7】单质硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：相关信息如下：四氯化硅遇水极易水解硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物有关物质的物理常数见下表：物质sicl4bcl3alcl3fecl3pcl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：(1)装置a中g管的作用是_；装置c中的试剂是_。(2)甲方案：f接装置；乙方案：f接装置。但是装置、都有不足之处，请你评价后填写下表。方案优点缺点甲乙(3)在上述(2)的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表达：_。(4)sicl4与h2反应的化学方程式为_。高考题组一有关碳、硅及其化合物所参与的离子反应1判断下列说法是否正确，正确的划“”，错误的划“”(1)醋酸钠溶液中通入足量co2：2ch3cooco2h2o=2ch3coohco()(2010海南，10c)(2)向naalo2溶液中通入过量co2：2aloco23h2o=2al(oh)3co()(2011江苏，6d)(3)si和烧碱溶液反应，改变反应物用量，都可用同一离子方程式表示()(2007重庆理综，8)(4)将足量co2通入含k、sio、cl、no溶液中，离子将不能大量共存()(2011大纲全国卷，11a)(5)h、i、no、sio不能大量共存()(2011广东理综，8a)高考题组二碳及其化合物2(2011上海，2)从光合作用的反应原理6co26h2oc6h12o66o2可知碳是农作物生长的必需元素之一。关于用二氧化碳生产肥料的评价正确的是()a缓解地球温室效应，抑制农作物营养平衡b加剧地球温室效应，促进农作物营养平衡c缓解地球温室效应，促进农作物营养平衡d加剧地球温室效应，抑制农作物营养平衡3(2009台湾，59)近年来，大气中co2的浓度上升已成为全球性的问题，因而兴起节能减碳运动，国内的环保团体也宣导中秋节不烤肉。假期超市卖的烤肉用木炭，其含碳量为90%，则一包10公斤的木炭完全燃烧后，会产生几公斤的co2()a44b33c22d11 e5.5高考题组三碳族元素4(2009海南，7)用足量的co还原13.7 g某铅氧化物，把生成的co2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0 g，则此铅氧化物的化学式是()apbo bpb2o3cpb3o4 dpbo25(2008全国理综，8)对于a族元素，下列叙述中不正确的是()asio2和co2中，si和o，c和o之间都是共价键bc、si和ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8cco2和sio2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应d该族元素的主要化合价是4和2高考题组四硅、硅的化合物及无机非金属材料6判断下列说法是否正确，正确的划“”，错误的划“”(1)sio2是酸性氧化物，能与naoh溶液反应()(2010山东理综，13a)(2)a.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料()b水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂()(2010江苏，4a、b)(3)可以用si3n4、al2o3制作高温结构陶瓷制品()(2010天津理综，2b)(4)二氧化硅的分子式是sio2()(2010上海，2b)7(2011山东理综，10)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素()a在自然界中只以化合态的形式存在b单质常用作半导体材料和光导纤维c最高价氧化物不与酸反应d气态氢化物比甲烷稳定8(2009广东理基，22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料a b c d9(2009重庆理综，6)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10.(2009四川理综，6)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是()a氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料bc60属于原子晶体，用于制造纳米材料c纤维素乙酸酯属于天然高分子材料d单晶硅常用于制造光导纤维11(2011上海综合，五，4647)碳纳米管是近年来发展迅速的一种具有特殊结构及优异性能的纳米材料。它是由碳原子形成的无缝、中空管体材料，主要由五边形、六边形的碳环组成，相当于石墨结构卷曲而成，结构如下。46写出一种与碳纳米管互为同素异形体的物质名称_。47碳纳米管有许多独特的性质，如高机械强度和弹性，多孔结构能吸附气体分子。因此碳纳米管可用作()防弹衣材料防火材料储氢材料绝缘材料a b c d课时规范训练教材习题回扣1(必修1p814)赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的。这种物质是()a盐酸 b氢氟酸c烧碱 d纯碱2(必修1p815改编)坩埚是实验室用于灼烧或熔融固体物质的常用仪器，材质种类很多，实验时应根据物质的性质加以选择。熔融烧碱时，应选用下列哪种材质的坩埚()a玻璃坩埚 b石英坩埚c陶瓷坩埚 d铁坩埚3(必修1p8110改编)下列关于碳、硅的叙述正确的是()a碳、硅都是a元素，它们在自然界中都以化合态形式存在b二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似c二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与naoh溶液反应生成相应的盐d高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料4(必修1p819改编)从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：粗硅的制取： 2co由粗硅制纯硅(常用方法)：si(粗)2cl2sicl4sicl42h2si(纯)4hcl根据以上反应，回答下列问题：(1)在制取粗硅的反应中，焦炭的作用是_(填“氧化剂”、“还原剂”或“既不是氧化剂也不是还原剂”)。(2)在由粗硅制纯硅的反应中，氯气(cl2)与si的反应类型是_(基本反应类型)；sicl4与h2的反应类型是_(基本反应类型)，h2的作用是_。能力提升训练1下列关于碳和硅的叙述中，正确的是()a其氧化物都能与naoh溶液反应b其单质在加热时都能跟o2反应c其氧化物都能溶于水生成相应的酸d碳和硅两种元素共有两种单质2下列叙述正确的是()a高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(h2sio3)的酸性比碳酸强b陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸c石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同d玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳3向一定浓度的下列物质澄清溶液中通入过量的co2气体，最后肯定没有沉淀生成的是()ca(oh)2na2co3cacl2ca(clo)2a b c d4在浓硝酸水浓硫酸氢氟酸氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是()a b c d5青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为na2fe5si8o22(oh)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有no，下列说法不正确的是()a青石棉是一种硅酸盐材料b青石棉中含有一定量的石英晶体c青石棉的化学组成可表示为na2o3feofe2o38sio2h2od1 mol青石棉能使1 mol hno3被还原6金刚砂(sic)可由sio2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为sio23csic2co，下列有关制造金刚砂的说法中正确的是()a该反应中的氧化剂是sio2，还原剂为cb该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为12c该反应中转移的电子数为12ed该反应中的还原产物是sic、氧化产物是co，其物质的量之比为127将足量co2气体通入水玻璃(na2sio3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得的固体物质是()ana2sio3 bna2co3、na2sio3cna2co3、sio2 dsio28制造太阳能电池需要高纯度的硅，工业上高纯度硅常用以下反应实现：si(s)3hcl(g)=sihcl3(g)h2(g)；sihcl3h2=si3hcl。对上述两个反应的下列叙述中，错误的是()a两个反应都是置换反应b反应中h2被氧化c由于反应放热，则反应一定吸热d两个反应都是氧化还原反应9有一粗硅，含杂质铁，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的h2，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是(提示：si2naohh2o=na2sio32h2)()a物质的量之比为11b物质的量之比为12c质量之比为41d质量之比为2110下列关于碳族元素的叙述中错误的是()a与其他元素化合时易形成共价化合物，难形成离子化合物b碳族元素形成化合物时的最高价均为4价c碳的氧化物(co2)和硅的氧化物(sio2)都是酸性氧化物，均不能与酸反应d碳族元素是形成化合物最多的一族元素11. 以氮化硅(si3n4)和氧化铝(al2o3)为原料，采用高压烧结或热压工艺制备赛伦。赛伦的化学通式为si6xalxoxn8x，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特 征，因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用。它属于()a金属材料 b有机高分子材料c新型无机非金属材料 d无机高分子材料12a、b、c、d、e代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。a为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空：(1)形成单质a的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)b的化学式(分子式)为_，b和碳反应生成a和e的化学方程式是_。(3)c的化学式(分子式)为_，d的化学式(分子式)为_。13如何除去下列各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下面提供的试剂和操作，将标号填在表内。供选试剂：a.盐酸b烧碱溶液c氧气d水eco2f不用其他试剂供选操作：加热加热熔融过滤结晶含杂质的物质所加试剂主要操作(1)sio2(nahco3)(2)sio2(caco3)(3)sio2(si)(4)nacl(sio2)14. 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：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥hcl气体反应制得sihcl3：si3hclsihcl3h2sihcl3与过量h2在1 0001 100 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)：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，操作的关键是检查实验装置的气密性，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溶液答案基础再现深度思考考点一1(1)游离化合金刚石石墨c60(2)二氧化合氧晶体无定半导体半导体芯片集成电路太阳电光电池2(1)co2co22co22co2cuoc2cuco2sio22csi2coc2h2so4(浓)co22so22h2o(2)sio2sio2考点二1(1)无有难(2)2coo22co2淡蓝色cuococuco2(冶炼金属)2空间立体网状大高固低co2h2oh2co3sio24hf=sif42h2osio22naoh=na2sio3h2o橡胶co2少量：co22naoh=na2co3h2oco2过量：co2naoh=nahco3sio2na2co3na2sio3co2na2sio3h2oco2(不足)=h2sio3na2co3sio2caocasio3na2oco2=na2co3考点三1不弱不能(1)h2sio3sio2h2o(2)h2sio32naoh=na2sio32h2o(3)干燥剂2(1)由硅、氧和金属元素组成的化合物(2)na2osio2k2o3al2o36sio22h2o(3)水玻璃na2sio32hcl=2naclh2sio3na2sio3co2h2o=h2sio3na2co33(2)高温结构陶瓷光导纤维生物陶瓷压电陶瓷深度思考1b2.c3.b4(1)通过盛有浓naoh溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热cuo的硬质玻璃管(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过饱和nahco3溶液或酸性kmno4溶液(5)通过饱和nahco3溶液(6)通过cuso4溶液5cdbea67c8.d9(1)d(2)bc(3)生物ad规律方法解题指导【例1】(1)开始阶段：2ohco2=co23h2o完全转化为na2co3后：co23co2h2o=2hco(2)当n(co2)0.05 mol时，反应产物全部是na2co3，n(na2co3)n(co2)。0.05 mol n(co2)0.1 mol时，反应产物是n