2020年高考化学一轮复习课件：模块3 第八单元 第1节 无机非金属材料的主角——硅

第八单元非金属及其化合物,第1节无机非金属材料的主角硅,考纲点击：1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。,回归教材,一、碳和硅,化合,晶体硅,无定形硅,1.存在：自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有_态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有_和_两大类。,空间网状,空间网状,软,高,石墨,半导体,2.结构、物理性质与用途的比较,3.C、Si的化学性质(写化学方程式)(1)C的化学性质还原性,(2)Si的化学性质还原性与O2反应：_。与Cl2反应：_。与氢氟酸反应：_。与NaOH溶液反应：_。,Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2,Si4HF=SiF42H2,4.硅的工业制法及提纯涉及的化学方程式：_。_。_。,二、碳、硅的氧化物,1.一氧化碳,血红蛋白,(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。能使人中毒的原因是其与人体中_相结合，因缺氧而中毒。,(2)化学性质,2.二氧化碳和二氧化硅,SiO24HF=SiF42H2O,Na2SiO3H2O,Na2CO3H2O,NaHCO3,(续表),Na2SiO3CO2,CaSiO3CO2,CaCO32HClO,2NaHCO3,CaSiO3,光导纤维,制冷剂,Na2CO3,特别提醒(1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕,刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。,(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞,的玻璃瓶。,(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电,炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。,(4)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O为氧化剂。Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。,(5)SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，但不,属于两性氧化物，属于酸性氧化物。,(6)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，SiO2虽然是H2SiO3的酸酐，但它不与水反应，不能直接与水作用制备H2SiO3。,三、硅酸和硅酸盐1.硅酸(1)溶解性：不溶于水。,(2)化学性质,(3)制备可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na2SiO32HCl,=H2SiO32NaCl。,催化剂,(4)用途：硅酸用于制硅胶，硅胶可用作_的载,体和干燥剂。,硅、氧和金属,Na2OSiO2,2.硅酸盐(1)定义：由_元素组成的化合物的总称，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，常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_。,K2O3Al2O36SiO22H2O,(3)硅酸钠(Na2SiO3)。,水玻璃,碱,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_性。与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为_；与CO2水溶液反应的化学方程式为_。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。,Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3,Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3,四、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,特别提醒,(1)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃成分不同，水玻,璃又称泡花碱，但它却是盐溶液，而不是碱溶液。,(2)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不,可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。,基础测评,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,解析：反应SiO2Na2CO3,Na2SiO3CO2发生的原因,是CO2易挥发，A错误；陶瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐材料，不能用于贮存氢氟酸，B错误；石灰硬化是Ca(OH)2与CO2反应，水泥硬化是水泥与H2O反应，C错误。答案：D,3.下列关于材料的叙述中正确的是(,)。,A.氮化硅陶瓷耐高温，可用来制造汽车发动机B.钢化玻璃属于新型无机非金属材料C.水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料都不溶于水，故所有的硅酸盐都不溶于水D.新型陶瓷材料种类很多，其中高温结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、不耐腐蚀等特点,解析：钢化玻璃是把普通玻璃高温软化，迅速降温获得的机械强度增大的玻璃，成分还是硅酸盐，属于传统无机非金属材料，B错误；大多数硅酸盐都难溶于水，但是Na2SiO3是可溶的，C错误；高温结构陶瓷具有耐腐蚀的优良特性，D错误。,答案：A,4.据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。,下列关于二氧化硅的说法正确的是(,)。,A.二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸C.因为高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应能放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强D.水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐,解析：二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水，A项错误；硅酸的酸性比碳酸弱，B项正确，C项错误；沙子的主要成分是二氧化硅，D项错误。,答案：B,5.下列关于SiO2和CO2的说法正确的是(,)。,A.CO2、SiO2都能与强碱溶液反应B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C.CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D.CO2和SiO2都是由相应的分子组成的解析：SiO2、CO2都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应，A正确；CO2可溶于水生成H2CO3，SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，B错误；SiO2与CO2都是酸性氧化物，C错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。答案：A,考点一考向1,碳与硅硅单质的性质及应用,典例1(2018年江西新余模拟)硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。,下列有关说法中正确的是(,)。,A.硅的含量居第二位，在地球上有丰富的单质硅资源，如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅B.硅相对于氢气便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是有开发价值的燃料,C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用细口玻璃瓶并配磨口玻璃,塞,D.硅是一种良好的半导体材料，所以是制造光导纤维的基,本原料,解析：硅在自然界中全部以化合物的形式存在，石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅，A不正确；应该用橡皮塞，C不正确；制造光导纤维的是二氧化硅，D不正确。,答案：B,方法技巧,硅单质的特性,(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2(2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si4HF=SiF42H2。(4)非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。,考向2,硅的工业制法,典例2(2018年天津大港模拟)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：(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：_。,(2)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，写出该反应的化学方程式：_，H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。,解析：(1)H2还原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒，判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1357K)，若混入O2，则H2与O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。,答案：(1)SiHCl3H2,Si3HCl,(2)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2氧气与氢气混合，可能引起爆炸、氧气可能会氧化SiHCl3,方法技巧提纯粗硅的两种方法,【拓展演练】1.(2018届陕西西安八校联考)在给定的条件下，下列选项,所示的物质间转化均能实现的是(,)。,解析：二氧化硅与盐酸不反应，物质间转化不能实现，A错误；氮气与氢气在高温高压以及催化剂作用下合成氨气，氨气与盐酸反应生成氯化铵，物质间转化均能实现，B正确；SO2与水反应生成H2SO3而不能生成H2SO4，物质间转化不能实现，C错误；电解氯化镁溶液得不到镁单质，必须电解熔融的氯化镁才能得到镁单质，物质间的转化不符合，D错误。,答案：B,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：Si3HCl,SiHCl3H2；,SiHCl3与过量H2在10001100反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，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中的烧瓶需要水,浴加热，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_(填字母代号)。,a.碘水b.氯水d.KSCN溶液,c.Mg(OH)2固体e.Na2SO3溶液,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,典例3下列叙述中正确的是(,)。,A.因为Na2CO3SiO2,Na2SiO3CO2，所以硅酸的,酸性比碳酸强B.碳和硅都是A族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的性质相似C.二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物D.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸,解析：A项中反应不是在水溶液中进行，产物中有气体生成，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A项错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B项错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于碱性氧化物与酸生成盐和水的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C项错误。,答案：D,方法技巧,二氧化硅性质的特殊性,的叙述不正确的是(,考向2,CO2与溶液反应的规律,典例4(2018年河北邯郸模拟)将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入的CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中,)。,.,解析：CO2首先与Ba(OH)2反应：Ba(OH)2CO2=,BaCO3H2O(Oa段)，接着与KOH反应生成K2CO3(ab段)，最后再与KAlO2反应生成Al(OH)3沉淀和K2CO3(bc段)，K2CO3与CO2反应生成KHCO3(cd段)，BaCO3与CO2反应转化为可溶的Ba(HCO3)2(de段)。,答案：B,方法技巧,CO2与碱反应产物的定量判断,CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2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，将CO2通入NaOH溶液中，,可能发生的反应为,【拓展演练】,3.(2018年河南信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置：,根据装置回答问题：(1)A装置的作用是_。(2)实验后怎样处理尾气：_，发生反应的化学方程式为_。(3)若实验时观察到_，则证明原气体中一定含有一氧化碳。,答案：(1)吸收CO2(2)点燃,2COO2,2CO2,(3)B中无明显现象，C中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊,4.(2018年福建漳州模拟)某实验小组设计了如图装置对焦,炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。,已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为COPdCl2H2O=CO22HClPd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。,(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是_。(2)装置B的作用是_。(3)装置C、D中所盛试剂分别为_、_，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_。,(4)该装置的缺点是_。,(5)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18gSiO2和8.4g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为_。(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_。,解析：(5)n(SiO2)0.3mol，n(C)0.7mol，充分反应后收集到0.6mol气体，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则有：,SiO2,2C,2CO,Si,0.3mol,0.6mol,0.6mol,0.3mol,Si,C,SiC,10.1mol,10.1mol,10.1mol,故Si和SiC的物质的量之比为0.2mol0.1mol21。,答案：(1)将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气等对实验产生干扰(2)作安全瓶，防止倒吸,(3)澄清石灰水,PdCl2溶液,3SiO24C,2CO2,2CO3Si(4)缺少尾气吸收装置(5)21(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸,考点三考向1,硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐的成分及表示方法,典例5(2018年山东广饶模拟)和田玉在我国至少有7000年的历史，也称为软玉，是我国玉文化的主体。和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为,)。,Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述正确的是(A.其化学式改写为氧化物的形式为B.它能够抵抗任何酸碱的腐蚀C.其中铁元素的化合价为3D.其中铁元素的化合价为2,2CaO3MgOFe2O38SiO2H2O,含的Fe2+氧化成Fe3+。,解析：设和田玉中铁元素的化合价为x，根据化合物中各元素的化合价代数和为零，可得(2)2(2)3(x)2(4)8(2)22(1)20，即x2，所以其化学式改写为氧化物的形式为2CaO3MgO2FeO8SiO2H2O；硅酸盐一般耐酸碱的腐蚀，但不是所有的酸碱都不能腐蚀它，如氢氟酸可以和其中的硅元素反应生成SiF4气体，浓硝酸可以将其中所,答案：D,方法技巧硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“”隔开。,考向2,无机非金属材料,典例6(2018年北京城西模拟)氮化硅(Si3N4)是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮气在1300时反应获得。(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是_(填序号)。,A.制汽轮机叶片C.制永久性模具,B.制有色玻璃D.制陶瓷发动机,(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式为_。(3)现用SiCl4和N2(在H2气氛下)，加强热发生反应，可获得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为_。,答案：(1)ACD,(2)Si3N412HF=3SiF44NH3(或,Si3N416HF=3SiF44NH4F),(3)3SiCl42N26H2,Si3N412HCl,或Fe)2SiO4等。下列说法或分析不正确的是(,【拓展演练】5.随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作，可以获取大量月球物质并进行成分分析，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、正长石(KAlSi3O8)和橄榄石(Mg,)。,A.辉石、正长石及橄榄石均属