2023高三化学一轮复习专题4第2单元含硅物质与信息材料教师用书苏教版

PAGEPAGE2第二单元含硅物质与信息材料考纲定位考情播报1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.了解常见的无机非金属材料。4.了解碳、硅及其重要化合物的制备方法。2022·全国甲卷T7/全国丙卷T7(D)2022·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT7(A)、T13(D)2022·全国卷ⅠT8(A、C)、T13(D)/全国卷ⅡT7(A、D)、T9(B)、T10(C)2022·全国卷ⅠT7(D)/全国卷ⅡT9(B)、T10(C)2022·全国卷T8(B、D)考点1|碳、硅的性质及其应用[根底知识自查]1．碳、硅单质的存在形式、物理性质和用途碳硅存在形式游离态和化合态化合态单质的结构金刚石：立体网状结构；石墨：层状结构；C60：足球形分子晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石：熔点很高、硬度很大；石墨：硬度较小、电的良导体晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用于制造电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.化学性质碳、硅在参与化学反响时，一般表现复原性。(2)[应用体验]1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？[提示]没有。因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难别离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。2．写出由SiO2制备纯硅的化学方程式。[提示]SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温),\s\do10())Si(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋4HCl。[考点多维探究]角度1碳、硅的性质和应用1．科学家在不断深入的研究中，发现了一系列新的碳单质，对碳单质的研究已开展成一门独立的科学——碳科学。以下关于碳单质的表达正确的选项是()A．碳的各种单质互称为碳的同素异形体B．碳元素的各种单质结构虽然不同，但性质差异不大C．碳元素的单质性质不同，其用途相同D．碳元素的单质只有金刚石与石墨A[碳的各种单质由于组成结构的不同，性质、应用也不一定相同。]2．(2022·济南模拟)有些科学家提出硅是“21世纪的能源〞，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。以下有关硅的说法中，不正确的选项是()【导学号：37742088】A．高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片B．硅可由二氧化硅复原制得C．低温时，硅与水、空气和酸不反响，但能与氢氟酸反响D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅D[硅为亲氧元素，在自然界中不存在游离态的单质。]3．以下说法正确的选项是()A．单质eq\o(→,\s\up7(＋O2))氧化物eq\o(→,\s\up7(＋H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up7(＋NaOH或HCl))盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转化B．假设a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，那么可以通过一步反响实现转化：bc→aC．太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置D．单质硅常用于制造光导纤维C[A项，SiO2与H2O不反响；B项，SiO2不能一步生成H2SiO3；D项，SiO2制造光导纤维。]角度2硅的制备4．(2022·天津高考改编)晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下：Si(粗)eq\o(→,\s\up7(Cl2),\s\do10(460℃))SiCl4eq\o(→,\s\up7(蒸馏),\s\do10())SiCl4(纯)eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do10(1100℃))Si(纯)(1)工业上用焦炭与石英砂在高温下反响制取粗硅，其反响的化学方程式为_______________________________________________________________，上述反响中的氧化剂是________。(2)粗硅与Cl2加热到460℃时发生反响，写出该反响的化学方程式_____________________________________________________________。(3)在1100℃时，SiCl4被H2复原的化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Si(粗)＋2CO↑SiO2(2)Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(460℃))SiCl4(3)SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋4HClSi单质特性理解误区(1)Si的复原性大于C，但C却能在高温下复原出Si：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。(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：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(4)非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。考点2|碳、硅的氧化物的性质及应用[根底知识自查]1．一氧化碳的性质及应用(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：与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。(2)化学性质及应用(写出有关化学方程式)①可燃性：2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2，可作燃料。②复原性：CO复原Fe2O3的反响为3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。2．CO2与SiO2性质的比拟(1)共性均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反响，写出二者与NaOH溶液(足量)反响的离子方程式：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O；二者与CaO反响的化学方程式：CO2＋CaO=CaCO3、SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3。(2)差异性①SiO2与氢氟酸反响的方程式：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。②SiO2与Na2CO3、CaCO3的反响——工业制玻璃SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。③CO2与H2O反响的方程式：CO2＋H2OH2CO3。④SiO2为高硬度、高熔沸点的固体，不溶于水，而CO2为低熔沸点的气体，可溶于水。3．SiO2与CO2的用途CO2：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂，作灭火剂，干冰用作人工降雨。SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。[应用体验]1．(1)氢氟酸如何保存？能否用玻璃试剂瓶存放？为什么？(2)碱性溶液(如NaOH)如何保存？能否用带玻璃塞的试剂瓶保存？为什么？[提示](1)氢氟酸应保存在塑料瓶或铅皿中。不能用玻璃瓶存放，因为氢氟酸与玻璃中的SiO2反响生成气体SiF4，强烈腐蚀玻璃。(2)碱性溶液应保存在带有橡皮(胶)塞的玻璃试剂瓶中。不能用玻璃塞试剂瓶保存，因为玻璃塞为磨口，易与碱性物质反响生成黏性物质，使玻璃塞与瓶口黏结。2．写出除去以下气体中混有的杂质(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)：___________________________________________________。[提示](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)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶(5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶[考点多维探究]角度1CO2、CO的主要性质及应用1．以下关于CO2的说法，正确的选项是()A．CO2是一种温室气体，但它是植物光合作用的必要反响物B．将过量CO2分别通入CaCl2溶液、Na2SiO3溶液、NaHCO3溶液、Ca(OH)2溶液均有白色沉淀生成C．Na、Mg的失火均可用CO2灭火D．CO2、CO、SiO2均为酸性氧化物A[B项，过量CO2通入CaCl2溶液、Ca(OH)2溶液不能得到沉淀；C项，Na着火生成的Na2O2与CO2反响生成O2，同时Mg与CO2反响生成C，不能用CO2灭火；D项，CO不是酸性氧化物。]2．甲气体可发生如下变化：甲气体eq\o(→,\s\up7(通过灼热的炭层))乙气体eq\o(→,\s\up7(通过灼热的炭层))丙气体eq\o(→,\s\up7(通过灼热的CuO))乙气体eq\o(→,\s\up7(通过澄清石灰水))丁固体。那么甲、乙、丙、丁分别为()【导学号：37742089】A．CO2、CO、O2、CaOB．O2、CO、CO2、CaCO3C．O2、CO2、CO、CaCO3D．CO、CO2、O2、Ca(OH)2C[根据实验过程中的现象可依次确定丁为CaCO3，乙为CO2，丙为CO，甲为O2。]3．往100mLNaOH溶液中通入CO2，充分反响后，在减压和较低温度下，小心将溶液蒸干，得白色固体M。通入CO2的体积V(CO2)/mL(标准状况下，下同)与M的质量W/g的关系如图。(1)A点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。(2)C点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。(3)推算B点时M的组成________(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为________mL。[解析]首先NaOH转化为Na2CO3，继续通CO2又转化为NaHCO3，结合图形得出：A点M为Na2CO3，V(CO2)＝1120mL；C点M为NaHCO3，V(CO2)＝2240mL；B点为Na2CO3和NaHCO3的混合物，由守恒法求出V(CO2)＝1792mL。[答案](1)Na2CO31120(2)NaHCO32240(3)Na2CO3和NaHCO31792CO2与强碱(OH－)反响的产物判断技巧当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：角度2SiO2的主要性质和SiO2与CO2的比拟4．(2022·临沂模拟)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性燃烧热解，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。以下关于二氧化硅的说法正确的选项是()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．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反响放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强D．水晶是比拟纯洁的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐B[A项，SiO2与H2O不反响；C项，H2SiO3酸性比H2CO3弱；D项，沙子的主要成分为SiO2。]5．(2022·菏泽质检)以下关于SiO2和CO2的说法中正确的选项是________(填序号)。①CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐(酸性氧化物)均能与NaOH反响②SiO2为酸性氧化物，不与任何酸反响③光导纤维的主要成分是SiO2，能导电④SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O表达了SiO2为酸性氧化物的性质⑤Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiOeq\o\al(2－,3)均能一步转化⑥SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑中SiO2作氧化剂⑦CO2和SiO2常温下都是由相应的分子构成⑧存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞，不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH反响[解析]②SiO2与氢氟酸反响；③光导纤维能传输光，不导电；⑤SiO2→H2SiO3不能一步转化；⑥SiO2既不作氧化剂也不作复原剂；⑦SiO2是由原子构成的晶体，不是由分子构成。[答案]①④⑧SiO2的特性及原理(1)一般情况下，碱性氧化物与酸反响，酸性氧化物与碱反响，不与酸反响，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反响：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。(2)一般情况下，酸性氧化物与水反响能生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反响。(3)一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反响，如Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸〞的复分解反响规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反响：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温),\s\do10())Na2SiO3＋CO2↑(原理是：难挥发性物质制备易挥发性物质)。考点3|硅酸盐和信息材料[根底知识自查]1．硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(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：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O。(2)硅酸能与碱溶液反响，如与NaOH溶液反响的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作枯燥剂。2．硅酸盐(1)概念：由硅、氧和金属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Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。(3)硅酸钠(Na2SiO3)——又称泡花碱①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。②与较强的酸反响生成硅酸。③用途：黏合剂、耐火阻燃材料。3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件高温(2)两种信息材料①光导纤维——主要成分为SiO2，导光能力很强，可作光缆。②单晶硅——半导体材料，可作集成电路等。[应用体验]1.写出由SiO2制备H2SiO3的化学方程式。2．写出水玻璃在空气中变质的化学方程式。[提示]1.SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(胶体)＋2NaCl。2．Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。[考点多维探究]角度1硅酸及其盐和无机非金属材料1．以下关于硅酸及其盐的说法正确的选项是()A．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B．反响①Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓，反响②Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，两反响是相互矛盾的，不可能都能发生C．硅酸可以用SiO2与H2O反响制备D．将CO2通入水玻璃中有白色沉淀生成D[A项，Na2SiO3溶液本身能黏结玻璃；B项，不矛盾，二者的反响条件和环境不同；C项，SiO2与H2O不反响。]2．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HNO3溶液处理时，复原产物只有NO，以下说法不正确的选项是()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Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被复原B[青石棉是一种硅酸盐，Si元素以盐的形式存在，不含有SiO2晶体。]3．(2022·合肥一检)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。以下说法正确的选项是()【导学号：37742090】A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐B．水玻璃是纯洁物，可用于生产黏合剂和防火剂C．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示D．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池C[A.水晶主要成分是SiO2不是硅酸盐，错误；B.水玻璃是Na2SiO3溶液，具有黏性，因此可以作黏合剂，由于其不能燃烧，故也是防火剂，错误；C.硅酸盐可以用盐的形式表示，也可以用氧化物的形式表示，在表示时各种元素的原子个数比不变，所以某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2，正确；D.高纯度的SiO2用于制造光纤，高纯度的Si用于制造太阳能电池，错误。]硅酸盐氧化物形成的表示方法(1)氧化物的一般书写顺序：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那么：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原那么配置计量数，且不同氧化物间以“·〞隔开。(3)当计量数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi3O8将eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子个数比不变。角度2硅及其化合物的转化4．以下变化中，不能一步实现的是()A．Na2SiO3→H2SiO3B．H2SiO3→SiO2C．H2SiO3→SiD．SiO2→Na2SiO3C[A项，Na2SiO3eq\o(→,\s\up7(H＋))H2SiO3；B项，H2SiO3eq\o(→,\s\up7(△))SiO2；C项，H2SiO3eq\o(→,\s\up7(△))SiO2→Si；D项，SiO2eq\o(→,\s\up7(NaOH))Na2SiO3。]5．A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如下图的物质之间的转化关系，答复以下有关问题。(1)写出B、C两物质的名称：B________，C________。(2)写出D→B的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________。(3)写出B→C的离子方程式：__________________________________________________________________________________________________。[解析]由题意知：A为Si，B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。[答案](1)硅酸钠硅酸(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(3)SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3↓硅及其化合物之间的常见转化关系[课堂小结·反响达标1＋1]全新理念探究高考明确考向1．一组判断，展示高考易误点(1)(2022·全国丙卷)HF与SiO2反响实际应用是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记。 ()(2)(2022·全国卷Ⅱ)硅胶可用作食品枯燥剂。 ()(3)(2022·全国卷Ⅰ)如图：①中为浓硝酸，②中为Na2CO3，③中为Na2SiO3溶液，可证明酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸。 ()(4)(2022·全国卷Ⅱ)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反响。 ()(5)(2022·全国卷Ⅱ)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体。 ()(6)(2022·全国卷Ⅰ)黑火药由硫磺、硝石、木炭三种物质按一定比例混合制成。 ()(7)(2022·全国卷)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。 ()(8)(2022·全国卷)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。 ()(9)(2022·安徽高考)SiO2既能和NaOH溶液反响又能和氢氟酸反响，所以是两性氧化物。 ()(10)(2022·广东高考)因为SiO2可与HF反响，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。 ()(11)计算机芯片和光导纤维的主要成分均为SiO2。 ()[答案](1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√(7)√(8)×(9)×(10)√(11)×2．一题串知，覆盖高考考什么【导学号：37742091】————————————————————————(2022·全国卷Ⅰ改编)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。答复以下问题：————————————————————————(1)甲组同学按照如下图的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_____________________________________________________________________________________________________________，反响的离子方程式为____________________