高考化学一轮总复习 第五单元 第1讲 无机非金属材料的主角——硅课件.ppt

第五单元非金属及其化合物 第1节无机非金属材料的主角 硅 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 了解常见无机非金属材料的性质和用途 回归教材 一 碳和硅 1 单质的存在形态 物理性质和用途 高 大 灰黑 高 大 半 硅 太阳能 2 碳的化学性质 2co co2 常温下不活泼 在高温条件下有强还原性 1 与非金属单质反应 2cu co2 co h2 2c o2 c o2 2 与氧化物反应 2co si 2co 2cuo c c h2o g co2 c sio2 2c 3 与酸反应 加热条件下能与浓硫酸 浓硝酸反应 c 2h2so4 浓 co2 2so2 2h2o 3 硅的化学性质 常温下化学性质不活泼 但能与naoh f2 hf反应 1 与非金属单质反应 sio2 sif4 sicl4 si o2 si 2f2 si 2cl2 sif4 2h2 2 与氧化物反应 si 2feo 2fe sio2 3 与酸反应 不与浓硫酸 浓硝酸反应 但能与氢氟酸在常温下反应 si 4hf 4 与碱反应 si 2naoh h2o na2sio3 2h2 二 二氧化碳和二氧化硅 co2 h2o h2co3 sif4 2h2o na2co3 h2o na2sio3 h2o 续表 na2sio3 co2 光导纤维 高温 三 硅酸和硅酸盐 1 硅酸 碳酸 h2sio3 胶体 2nacl 1 溶解性 溶解度很小 2 化学性质 弱酸性 酸性比 还弱 na2sio3 co2 h2o na2co3 h2sio3 胶体 3 制备 可用硅酸钠与盐酸反应制得 na2sio3 2hcl 4 用途 硅胶可用作袋装食品 瓶装药品等的干燥剂 2 硅酸盐 水玻璃 碱性 1 硅酸钠 硅酸钠的水溶液俗称 溶液显 是制备硅胶和木材防火剂等的原料 2 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表示硅酸盐的组成 如硅酸钠 na2sio3 可表示为na2o sio2 长石 kalsi3o8 可表示为 k2o al2o3 6sio2 四 无机非金属材料 1 传统无机非金属材料 2 新型无机非金属材料 自主测评 a 乙烯可作水果的催熟剂b 硅胶可作袋装食品的干燥剂c 福尔马林可作食品的保鲜剂d 氢氧化铝可作胃酸的中和剂 解析 乙烯可以作生物调节剂 催熟果实 a正确 硅胶具有吸水性 可以作干燥剂 b正确 福尔马林中含有的甲醛具有毒性 不能作为食品的保鲜剂 c错误 氢氧化铝具有两性 可以中和胃酸 作胃酸中和剂 d正确 答案 c 2 2015年福建泉州一中检测 硅及其化合物的应用范围很 广 下列说法正确的是 a 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料b 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应c 石英玻璃和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品d 盐酸可以与硅反应 故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅解析 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 a项正确 粗硅制备单晶硅 粗硅首先与氯气发生氧化还原反应生成四氯化硅 四氯化硅再与氢气发生氧化还原反应生成纯硅 b项错误 石英玻璃不是硅酸盐制品 是石英 二氧化硅 制品 c项错误 盐酸不与硅反应 d项错误 答案 a 氢氟酸 nacl kno3 石灰水 cuso4 naoh na2co3 nahso4 a c b d 解析 氢氟酸及呈碱性的石灰水 na2co3溶液 naoh溶液都不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中 答案 a 4 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 硅是构成一些岩石和许多矿物的基本元素 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 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 氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 c60属于原子晶体 用于制造纳米材料 a b c d 解析 人造刚玉主要成分是al2o3 错误 高纯度sio2用于制作光导纤维 错误 c60为分子晶体 错误 答案 c 5 2015年山东潍坊一中检测 n o s si是重要的非金 属元素 下列说法正确的是 a n o s si的原子半径逐渐增大 非金属性逐渐减弱b so2和sio2既能与naoh溶液反应 又能与某些酸反应c n s的氧化物既是形成光化学烟雾 又是形成酸雨的主要物质d n si s的单质均能和氧气反应 且产物分别是no2 sio2和so2 解析 si与s在同一周期 原子半径从左到右逐渐减小 所以si的原子半径大于s 同理n的原子半径大于o a项错误 二氧化硫与二氧化硅是酸性氧化物 所以可与碱反应 同时又具有特殊性 二氧化硫具有还原性 可与氧化性酸硝酸发生氧化还原反应 二氧化硅可与氢氟酸反应 b项正确 n的氧化物是形成光化学烟雾的气体也是形成酸雨的主要物质 而s的氧化物能形成酸雨 不能形成光化学烟雾 c项错误 氮气与氧气反应只能生成no 不能生成二氧化氮 d项错误 答案 b 素的下列说法中 你认为不正确的是 考点一考向1 碳与硅硅单质的特性 例1 硅作为一种新型能源被广泛开发利用 关于其有利因 a 硅燃烧产物对环境产生的污染 容易得到有效控制 b 从si s o2 g sio2 s h 858 6kj mol 1 可 知 硅燃烧放出的热量多 c 自然界中硅的储量丰富 可以从自然界直接获得单质 硅 d 硅便于运输 贮存 从安全角度考虑 硅是最佳的燃 料之一 解析 自然界中的硅是以化合态的形式存在 故不能从自 然界中直接获得单质硅 答案 c 易错警示 硅的四种特性 1 碳族元素的主要化合价一般是 2 4 而硅常见的化 合价是 4 2 硅的还原性比碳强 而碳在高温下却能从sio2中还原出 硅 3 非金属单质与强碱反应一般不生成氢气 而硅却能与强 碱溶液反应产生氢气 4 非金属单质一般不与非氧化性酸反应 而硅不但能与氢氟酸反应 而且还有h2生成 类似于较活泼金属与酸的置换反应 si 4hf sif4 2h2 考向2 硅的工业制法 300 例2 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 si 3hcl sihcl3 h2 sihcl3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 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是 填写字母代号 a 碘水 b 氯水c naoh溶液 d kscn溶液 e na2so3溶液 解析 1 高温下c参与还原反应的产物是co而非co2 所以粗硅的制备原理是 sio2 2c si 2co 2 对沸点 不同的液态混合物分离提纯的方法一般选择分馏 或蒸馏 3 从装置图和题目信息可知a装置是制备氢气 但因含有h2o g 不能直接还原sihcl3 所以必须进行干燥 所以装置b中的试剂应该是浓硫酸 而sihcl3与h2的反应制得纯硅 sihcl3 h2 si 3hcl 其温度高达1000 1100 只能在装置 d石英管中进行 因为在此反应温度下 普通玻璃会软化 显然 装置c是使液态的sihcl3汽化 并与h2充分混合 si 3hcl si 2co 答案 1 sio2 2c 2 分馏 或蒸馏 3 浓硫酸 使滴入烧瓶中的sihcl3汽化 有固体物 质生成 在该反应温度下 普通玻璃会软化 sihcl3 h2 1000 1100 排尽装置中的空气 bd 由于硅在高温下易与空气中的氧气反应 所以实验要取得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排尽装置中的空气 将试样用稀盐酸溶解后溶液中的fe主要以fe2 离子的形式存在 检验的方法一般是将其氧化成fe3 用kscn试液检验 方法技巧 三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅 1 工艺流程 2 操作步骤 高温下用焦炭在电炉中隔绝空气还原二氧化硅制得粗硅 粗硅与干燥的hcl气体在300 以上反应生成sihcl3 sihcl3与过量的h2在1000 1100 反应制得纯硅 考点练透 1 在 浓硝酸 水 浓硫酸 氢氟酸 氢氧化钠 溶液中 能与单质硅起化学反应的是 a c b d 解析 si与水 浓h2so4 浓hno3均不发生反应 但si能与氢氟酸 naoh溶液反应放出h2 答案 c 2 在电子工业中利用镁制取硅的反应为2mg sio2 2mgo si 同时会发生副反应 2mg si mg2si mg2si遇水可以反应生成sih4 硅烷 sih4在常温下是一种不稳定 易自燃的气体 镁是一种活泼性较强的金属 在一定温度下能与二氧化碳发生反应 下图是进行mg与sio2反应的实验装置中的一部分 试回答下列问题 1 由于o2 co2和h2o g 的存在对该实验有不良影响 实验中应通入x气体作为保护气 在a b c三种仪器中反应开始前的试剂分别是 a b c 填序号 稀硫酸 浓硫酸 稀盐酸 石灰石 纯碱 锌粒 2 实验开始时 必须先通入x气体 再加热反应物 其理由是 当反应引发后 移走酒精灯 反应能继续进行 其原因是 3 反应结束后 待冷却至常温时 往反应后的混合物中加入稀盐酸 可观察到闪亮的火星 产生此现象的原因用化学方程式表示为 4 这样制得的硅会因混有杂质 如sio2等 而称粗硅 有人设计了如下流程进行提纯 已知常温下siclx为液态物质 操作 的名称 涉及的化学反应方程式为 解析 1 所给出的试剂可产生的气体只有co2和h2 co2与mg能反应 故不能作保护气 因此保护气为h2 而制取h2的试剂是稀h2so4和锌粒 浓h2so4为气体干燥剂 2 由于在加热条件下o2与h2混合会发生爆炸 所以必须先通入h2将空气排净后再加热反应物 由于反应开始时需要加热 而反应后不需要再加热 所以可推知mg与sio2的反应是放热反应 3 mg2si与hcl会发生复分解反应生成mgcl2和sih4 sih4常温下可自燃 4 sicl4常温下为液态物质 其熔点较低 可经蒸馏而提纯 答案 1 sio2和mg 2 防止在加热条件下h2和o2混合发生爆炸的反应是放热反应 3 mg2si 4hcl 2mgcl2 sih4 2o2 sio2 2h2o 4 蒸馏 si 2cl2 sicl4 sicl4 2h2 si 4hcl sih4 中不正确的是 考点二考向1 二氧化硅和二氧化碳二氧化硅和二氧化碳的性质比较 例3 2015年陕西西安质检 下列关于sio2和co2的叙述 a 都是共价化合物b sio2可用于制光导纤维 干冰可用于人工降雨c 都能溶于水且与水反应生成相应的酸d 都是酸性氧化物 都能与强碱溶液反应解析 sio2不溶于水且与水不反应 c项错误 答案 c 方法技巧 二氧化硅的三种特性 1 sio2是h2sio3的酸酐 但它不溶于水 不能直接将它与 水作用制备h2sio3 2 非金属氧化物的熔 沸点一般较低 但sio2的熔 沸点 却很高 3 酸性氧化物一般不与酸作用 但sio2却能与氢氟酸作 用 sio2 4hf sif4 2h2o 考向2co2与溶液反应的规律 例4 用四种溶液进行实验 下表中 操作及现象 与 溶 解析 由于na2co3的溶解度大于nahco3 na2co3 co2 h2o 2nahco3 因而会析出nahco3晶体 a项正确 co2 na2sio3 h2o na2co3 h2sio3 胶体 co2 na2co3 h2o 2nahco3 h2sio3与co2不反应 浑浊不会消失 b项错误 co2 ca clo 2 h2o caco3 2hclo 溶液变浑浊后加入品红溶液 被hclo氧化褪色 c项正确 co2 ca oh 2 caco3 h2o 继续通co2 生成可溶于水的ca hco3 2 再加入足量的naoh 则 2naoh ca hco3 2 caco3 na2co3 2h2o 溶液又变浑浊 d项正确 答案 b 考点练透 3 下列说法正确的是 a 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料b 合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料c 盛放naoh溶液时 使用带玻璃塞的磨口瓶答案 a 答案 d 5 如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程 下列说 法正确的是 a sio2属于两性氧化物b 盛放na2co3溶液的试剂瓶用玻璃塞c 硅胶吸水后可重复再生d 图中所示的转化都是氧化还原反应 解析 sio2是酸性氧化物 na2co3溶液呈碱性 试剂瓶不能用玻璃塞 题图中有的转化不是氧化还原反应 例如sio2与naoh溶液的反应 答案 c 考点三 硅酸盐与无机非金属材料 例5 2013年海南卷 硅在地壳中的含量较高 硅及其化合物的开发由来已久 在现代生活中有广泛应用 回答下列问题 1 1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂 木炭和铁时 得到一种 金属 这种 金属 可能是 2 陶瓷 水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料 其中 生产普通玻璃的主要原料有 3 高纯硅是现代信息 半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料 工业上提纯硅有多种路线 其中一种工艺流程示意图及主要反应如下 用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅 该反应的化学方程式为 碳化硅又称 其晶体结构与 相似 在流化床反应的产物中 sihcl3大约占85 还有sicl4 sih2cl2 sih3cl等 有关物质的沸点数据如下表 提纯sihcl3的主要工艺操作依次是沉降 冷凝和 sihcl3极易水解 其完全水解的产物为 4 氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料 这些原料是 答案 1 含有硅 碳的铁合金 或硅铁 2 石英 纯碱和石灰石 3 sio2 3c sic 2co 金刚砂 金刚石 或单晶 h4sio4 或h2sio3 h2 hcl 4 h2 硅 精馏 或蒸馏 hcl 解析 3 比较sihcl3 sicl4 sih2cl2 sih3cl的沸点 可得常温下sihcl3 sicl4为液体 sih2cl2 sih3cl为气体 沉降除去产物中的固体后 冷凝