2013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

1 20132013 化学复习知识点深度剖析化学复习知识点深度剖析 专题四专题四 第一节第一节 无机金属材料的主无机金属材料的主 角角 硅硅 概述概述 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 知识梳理知识梳理 1 1 碳和硅及其化合物间的相互转化关系 碳和硅及其化合物间的相互转化关系 2 2 氯及其化合物 氯及其化合物 2 3 3 氮及其化合物的相互转化 氮及其化合物的相互转化 4 4 硫及其化合物的相互转化 硫及其化合物的相互转化 第一节第一节 无机金属材料的主角无机金属材料的主角 硅硅 考纲解读考纲解读 3 考纲内容要求名师解读 碳及其化合物 硅及其化合物 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 基础巩固基础巩固 一 硅单质一 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 4 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 5 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 6 实验探究实验探究 拓展实验 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 Si 3HClSiHCl3 H2 300 SiHCl3与过量的 H2在 1000 1100 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 7 练一练 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 c NaOH 溶液 d KSCN 溶液 e Na2SO3溶液 8 重点突破重点突破 一 直击考点一 直击考点 考点一考点一 硅及其重要化合物知识网络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 例例 1 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 9 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 考点二考点二 用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成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 例例 2 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 10 考点三考点三 比较水泥和玻璃的生产方法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 Na2CO3 SiO2Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2CaSiO3 CO2 主要成分 2CaO SiO2 3CaO SiO2 3CaO Al2O3 Na2SiO3 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 例例 3 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 A B C D 考点四考点四 硅及其化合物的硅及其化合物的 反常反常 现象归纳现象归纳 11 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 Si 2C 高温 Si 2CO 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 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 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 Si 4HF SiF4 2H2 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 Na2SiO3 2HCl H2SiO3 2NaCl 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 SiO2 4HF SiF4 2H2O 8 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 Na2SiO3 CO2 H2O Na2CO3 H2SiO3 而反应 Na2CO3 SiO2 高温 Na2SiO3 CO2 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 例例 4 4 指出下列反应中 SiO2所表现的化学性质或作用 在 A E 选项中选择正确答案 填入括号内 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O Na2CO3 SiO2 高温 Na2SiO3 CO2 12 SiO2 2C 高温 Si 2CO SiO2 3C 高温 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 二 走出误区 误区一误区一 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 例例 1 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 13 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 H HCO3 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 例例 2 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 14 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 例例 3 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 失 4e 得 2e 得 2e 15 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 巩固复习巩固复习 1 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 A B C D 答案 D 解析 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 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 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 16 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 3 能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是 A CO2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 高温 Na2SiO3 CO2 C SiO2熔点比 CO2高 D CO2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 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 A B C D 答案 A 解析 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 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 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 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 A BaCl2 B Ca ClO 2 C Ca OH 2 D Na2SiO3 答案 D 解析 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 7 下列关于碳族元素的说法中 错误的是 17 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 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 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 D C8K C24K C36K 和 C48K 属于同素异形体 答案 D 解析 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 18 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 SiO2 Na2SiO3 CuSO4 CuCl2 SiO2 H2SiO3 CuO Cu OH 2 Na2O2 Na2SO4 A B C D 答案 B 解析 解析 可由 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 制得 可由 CuSO4 BaCl2 BaSO4 CuCl2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 Na 2SO4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 H2O B 碳酸氢钙溶液中加足量的氢氧化钠溶液 Ca2 OH HCO3 CaCO3 H2O C 稀硫酸和氢氧化钡溶液 Ba2 SO42 BaSO4 D 水玻璃中通入过量二氧化碳 SiO32 CO2 2H2O CO32 H4SiO4 13 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 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 19 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 碳酸氢钠溶液 二氧化氮气体 15 对于 A 族元素 下列叙述中不正确的是 A SiO2和 CO