【全程复习方略】2015最新版高三化学总复习课件：4.1无机非金属材料的主角——硅

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角硅,一、碳、硅单质的主要性质及应用现有以下几种物质:金刚石,石墨,晶体硅,二氧化硅,干冰,硅酸钠,纯碱,金刚砂。请选择填空(只填序号):属于单质的是_,属于氧化物的是_,属于盐的是_,硬度大,常用作切削工具或磨具的是_,常作电极的是_,用于半导体材料或光电元件的是_,用于制作光导纤维的是_。,1.碳、硅元素在自然界中的存在形态:(1)碳:既有游离态又有化合态。(2)硅:只有_。硅在自然界中的含量占第_位。,化合态,二,2.碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接)。,3.碳和硅的化学性质还原性:(1)碳单质的化学性质。与O2反应。a.O2不足:_b.O2足量:_,2C+O22CO,C+O2CO2,与其他物质反应。a.与CuO反应:_b.与CO2反应:_c.与水蒸气反应:_d.与浓硫酸反应:_,2CuO+C2Cu+CO2,CO2+C2CO,C+H2O(g)CO+H2,C+2H2SO4(浓)CO2+2SO2+2H2O,(2)硅单质的化学性质。与O2反应:_与Cl2反应:_与氢氟酸反应:_,Si+O2SiO2,Si+2Cl2SiCl4,Si+4HF=SiF4+2H2,(1)Si的还原性强于C,但C能还原SiO2生成Si,且氧化产物为CO:2C+SiO2Si+2CO,其原因是产物CO为气体,它的放出降低了生成物浓度,促使反应向正反应方向进行。(2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生,但Si能跟碱液作用放出H2:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。,二、二氧化碳与二氧化硅的比较向澄清石灰水中持续通入CO2:_;涉及的化学反应依次为_,_。,石灰水先变浑浊,最后沉淀溶解又变澄清,CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O,CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,CO2与SiO2的比较:,SiO2+4HF=SiF4+,2H2O,CO2+H2OH2CO3,Na2SiO3+H2O,Na2CO3+H2O,NaHCO3,Na2SiO3+CO2,CaSiO3+CO2,CaCO3+2HClO、,2NaHCO3,CaSiO3,Na2CO3,SiO2+2CSi+2CO,CO2+C2CO,光导纤维,制冷剂,(1)CO2是温室气体,但CO2不是污染性气体。(2)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸,但SiO2不与水反应。(3)SiO2是酸性氧化物,SiO2既能与酸(氢氟酸)反应又能与NaOH溶液反应。,三、硅酸和硅酸盐,将盐酸滴入Na2CO3固体中剧烈反应,产生的气体通入Na2SiO3溶液中,产生_,证明酸性强弱顺序为_,反应的化学方程式为_,_。,白色沉淀,HClH2CO3H2SiO3,2HCl+Na2CO3=2NaCl+CO2+H2O,CO2+H2O+Na2SiO3=H2SiO3+Na2CO3,1.硅酸:(1)弱酸性:H2SiO3难溶于水,其酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与强碱(如NaOH)反应,反应方程式为_。(2)不稳定性:H2SiO3不稳定,受热易分解,反应方程式为_。,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,H2SiO3SiO2+H2O,(3)硅酸的制备及硅胶。制备原理:可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应:_。硅胶:硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶,经干燥脱水后即得硅胶,常用作_和_的载体。,Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl,干燥剂,催化剂,2.硅酸盐:(1)Na2SiO3水溶液俗称_,常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。(2)硅酸钠溶液在空气中易变质,反应的化学方程式为_。(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表示硅酸盐的组成:如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为_,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为_。,水玻璃,Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3,Na2OSiO2,CaO3MgO4SiO2,3.常见无机非金属材料:(1)传统无机非金属材料。,石灰石、黏土,纯碱、石灰石和石英,黏土,水泥回转窑,玻璃窑,(2)特殊功能的含硅物质。碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。含硅元素4%的硅钢具有导磁性。硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。,考点硅及其化合物的特殊性质1.硅单质的特殊性:(1)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2CSi+2CO。(2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si与碱液反应却放出H2:Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。,深化剖析,(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但Si能与HF反应:Si+4HF=SiF4+2H2。(4)非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。,2.含硅化合物的特殊性:(1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水反应制备H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2能跟HF反应:SiO2+4HF=SiF4+2H2O。(3)无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水。(4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应:Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,但在高温下SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2也能发生。,【高考警示】(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途:用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2,用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。(2)不要混淆常见含硅物质的成分。计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2,而不是硅酸盐。传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。,【典题通关】(2014南昌模拟)硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题:(1)硅原子的结构示意图为。(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是。长江三峡水泥大坝光导纤维陶瓷坩埚普通玻璃硅太阳能电池A.B.C.D.,(3)下列说法正确的是。A.在粗硅的制取中发生2C+SiO22CO+Si,硅被还原,所以碳的还原性大于硅的还原性B.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2D.由Na2CO3+SiO2CO2+Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸,(4)常温下,SiCl4为液态,沸点为57.60,在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂质,若要得到高纯度SiCl4,应采用的方法是;用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾的原因:。,【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)常见含硅化合物的成分及应用。(2)硅单质及其化合物的特性。【解析】(2)水泥大坝为钢筋混凝土,其中的水泥为硅酸盐材料;光导纤维为SiO2;硅太阳能电池为晶体硅。(3)依据元素周期律,硅的还原性大于碳,A项反应能发生是因为产物中有CO气体生成,使平衡向右移动,A选项错误;硅酸钠是一种黏合剂,B错误;D选项中的反应不是在水溶液中进行的,且产物中有气体生成,与酸性强弱无关,D错误。(4)SiCl4易水解,生成HCl,HCl吸收空气中的水蒸气,产生白雾。,答案:(1)(2)D(3)C(4)在干燥条件下蒸馏SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl,HCl遇水蒸气产生白雾,【变式训练】(2013银川模拟)二氧化硅(SiO2)又称硅石,是制备硅及其化合物的重要原料。硅及其化合物的转化如图。下列说法正确的是(),A.SiO2既能与HF反应,又能与NaOH反应,属于两性氧化物B.SiO2和Si都是光导纤维材料C.在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效D.图中所示转化反应都是非氧化还原反应【解析】选C。两性氧化物是指与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物,SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类,A项错误;SiO2是光导纤维材料,Si为半导体材料,B项错误;CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色,C项正确;制取Si的过程中涉及氧化还原反应,D项错误。,【加固训练】1.(2013嘉兴模拟)下列说法正确的是()A.石油裂解、煤的气化、海水制镁等过程中都包含化学变化B.水晶、玻璃、陶瓷等都是硅酸盐制品C.光导纤维、醋酸纤维、纤维素等的主要成分都是糖类D.直径在10-910-7m之间的粒子一定属于胶体,【解析】选A。A项,石油裂解是长链烃断裂为短链烃的过程,煤的气化过程中发生了C与H2O的反应,海水制镁中镁的富集、氯化镁的电解都为化学变化;B项,水晶的主要成分为SiO2,不属于硅酸盐制品;C项,光导纤维的主要成分为SiO2;D项,分散质的微粒直径在10-910-7m之间的分散系为胶体。,2.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。,【解析】(1)书写方程式时,由题目所给的反应物和生成物,根据质量守恒定律配平即可。(2)碳化硅本身是一种很好的材料,不能再用来生产水泥,A错;Si3N4是一种高温结构陶瓷,熔点高,性质稳定,可用作耐高温材料和轴承,B正确;光导纤维的材料为SiO2,C正确;普通玻璃的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3,它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2C