《备考指南一轮 化学 》课件-第4章 第1节

非金属及其化合物第四章第一节无机非金属材料的主角——硅2017版课程标准素养目标1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用1.宏观辨识与微观探析：能从不同层次认识碳、硅化合物的多样性，并对物质进行分类。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题2.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法，及其对环境的影响2.变化观念与平衡思想：知道二氧化硅发生化学反应需要一定的条件，并遵循一定规律3.了解常见无机非金属材料的性质和用途3.证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究碳、硅的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律栏目导航01必备知识关键能力03真题体验领悟高考02研解素养悟法猎技04配套训练必备知识关键能力1碳、硅单质及其氧化物【基础整合】1．碳和硅的结构、存在与用途(1)碳、硅的原子结构与存在。元素碳硅单质的结构金刚石：__________结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有______态空间网状化合(2)碳、硅的物理性质和用途。物质石墨金刚石晶体硅外观黑色鳞片状固体无色晶体有金属光泽的灰黑色固体硬度很小自然界中硬度______硬度大导电性导体不能导电________用途用作电极、铅笔芯制作首饰等制作信息技术材料，它是半导体晶体管、硅芯片及太阳能电池等的主要成分最大半导体2．碳和硅的化学性质——还原性完成上面①～⑧的化学方程式：①______________________________________；②______________________________________；③______________________________________；④______________________________________；⑤______________________________________；⑥______________________________________；⑦__________________________________________；⑧__________________________________________。Si＋2F2===SiF4(或Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑)

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

3．二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳主要物理性质硬度____，熔、沸点____，常温下为____体，不溶于水熔、沸点____，常温下为气体，能溶于水化学性质与水反应不反应______________________________与酸反应只与氢氟酸反应：________________________不反应与碱(如NaOH)反应______________________________(盛碱液的试剂瓶用_______________塞)CO2少量：____________________________________；CO2过量：____________________大高固低SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O

橡胶或软木

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3

物质二氧化硅二氧化碳化学性质与盐反应如与Na2CO3反应：__________________________如与Na2SiO3反应：________________________________________(或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2NaHCO3)与碱性氧化物反应如与CaO反应：______________________如与Na2O反应：__________________________用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐Na2SiO3＋

H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3

Na2O＋CO2===Na2CO3

4．金刚石、硅和二氧化硅的结构比较网状4

2

1∶2

5．硅及其氧化物的特性①CO2与水反应生成H2CO3，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与水反应制备硅酸；②虽然SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物。

判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(

)(2)硅在自然界中只能以化合态形式存在(

)(3)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(

)(4)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料(

)(5)硅、二氧化硅都可用于制造光导纤维(

)(6)加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应(

)(7)常温下，SiO2既能与KOH溶液反应又能与稀盐酸反应(

)【答案】(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×

(6)√

(7)×【重难突破】A．碳是构成有机物的主要元素B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一D．石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志【答案】D2．一氧化碳是常见的化学物质，有关其性质和应用的研究如下。(1)有同学认为CO可以被酸性高锰酸钾溶液氧化为CO2，请你设计实验验证该同学的猜想是否正确。请在下列流程图方框内填上所需药品的名称或化学式，从而补齐你的设计，方框不够可以补，也可以不填满。①下列说法正确的是________。A．利用上述反应原理可制备高纯铁B．制备Fe(CO)5应在隔绝空气的条件下进行C．Fe(CO)5是离子晶体D．Fe(CO)5应密封、阴凉、避光并加少量蒸馏水液封贮存②五羰基合铁能与氢氧化钠溶液反应生成Na2Fe(CO)4和另两种常见无机物，该反应的化学方程式为______________________________________。【解析】(1)大理石与盐酸反应生成二氧化碳，通过饱和碳酸氢钠除去二氧化碳中挥发出来的氯化氢，然后通过浓硫酸干燥二氧化碳，再通过红热的木炭生成一氧化碳，用氢氧化钠溶液除去未反应的二氧化碳，通入酸性的高锰酸钾，如果一氧化碳能被高锰酸钾氧化成二氧化碳，则产生的气体能够使澄清的石灰石变浑浊。(2)①利用五羰基合铁生成和分解，可制得高纯细铁粉，A正确；五羰基合铁容易发生自燃，隔绝空气可以使五羰基合铁与氧气隔离，避免发生自燃，B正确；五羰基合铁熔沸点较低，属于分子晶体，C错误；五羰基合铁不溶于水，密度1.46～1.52g/cm3，有毒，光照时生成Fe2(CO)9，D正确。②依据化学反应过程中原子个数守恒可知五羰基合铁能与氢氧化钠溶液反应生成Na2Fe(CO)4和碳酸钠和水。【答案】B【答案】B【答案】C【解析】二氧化硅难溶于水，但二氧化硅可以与强碱反应生成盐和水，故二氧化硅是硅酸的酸酐，A错误；该反应中C能置换出硅是因为生成CO气体逸出，促进了反应的自发进行，不能通过该反应比较C、Si的非金属性，B错误；碳酸酸性强于硅酸，由CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，C正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是其特殊性质，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，D错误。5．下列关于SiO2和CO2的叙述不正确的是(

)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【答案】C【解析】SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D正确。6．(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是________。①浓HNO3②水③浓H2SO4④氢氟酸⑤NaOH溶液⑥氟气⑦氯气(2)下列事实能说明非金属性：C＞Si的是________。①硬度：金刚石＞晶体硅②熔沸点：SiO2＞CO2③酸性：H2CO3＞H2SiO3④稳定性：CH4＞SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀⑥高温下，SiO2与Na2CO3反应⑦相同条件下，碱性：Na2SiO3溶液＞Na2CO3溶液【答案】(1)④⑤⑥⑦

(2)③④⑤⑦【答案】AD8．(2019·河北唐山模拟)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有________(填反应代号)。(2)写出反应③的化学方程式：__________________________________。(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373～1623K反应，生成化合物W，其化学方程式是______________________________。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是________________。(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是________(填化学式)。(5)工业上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭与水蒸气反应生成水煤气，再提纯水煤气得到纯净的H2，提纯水煤气得到纯净的H2的化学方程式为______________。(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料中查阅到下列信息：Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应；Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；Ⅲ.SiH4在空气中自燃。他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是_____________________________。②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是______________________________________________。硅酸、硅酸盐及无机非金属材料【基础整合】1．硅酸2．硅酸盐(1)概念：________________________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，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可写成__________________，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为_____________________。由硅、氧和金属元素组成

Na2O·SiO2

CaO·3MgO·4SiO2

(3)硅酸钠(Na2SiO3)。①白色，可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称________，有黏性，水溶液显碱性。②它能与酸性较硅酸强的酸反应(写化学方程式)：与盐酸反应：______________________________________。与CO2水溶液反应：___________________________________________。③用途：常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。水玻璃Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓

Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓

3．常见无机非金属材料(1)传统无机非金属材料。①常见硅酸盐材料(如下表)。硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土______、________、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑纯碱石灰石②玻璃生产中的两个重要反应：______________________________________；______________________________________。(2)新型无机非金属材料。①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学腐蚀性和电绝缘性等。②生物陶瓷：对机体无排斥反应，不会引起代谢作用异常。③压电陶瓷：具有压电效应。判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点(

)(2)水玻璃是一种玻璃，泡花碱属于碱(

)(3)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳元素的非金属性强于硅元素(

)(4)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中(

)(5)合成纤维和光导纤维、氮化硅陶瓷都是新型无机非金属材料(

)(6)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化(

)(7)NaAlSi3O8写成氧化物的形式是Na2O·Al2O3·6SiO2(

)(8)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂(

)【答案】(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)√

(8)√【重难突破】【答案】D【解析】硅酸钠溶液呈碱性且具有黏合性，会将瓶口和瓶塞粘在一起，故Na2SiO3溶液不能保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，A错误；反应②是在高温下进行的反应，CO2为气体，气体逸出可使平衡正向移动，促使反应能够发生，B错误；石英玻璃不属于硅酸盐材料，C错误。2．月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5cm厚的沙土就含铁单质上亿吨，月球上的主要矿物有辉石CaMgSi2O6、斜长石KAlSi3O8和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4等。下列说法或分析不正确的是(

)A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2C．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气D．橄榄石中铁为＋2价【答案】B【解析】辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(Mg或Fe)2SiO4]的成分均属于硅酸盐类，均属于硅酸盐矿，A正确；硅酸盐用氧化物表示的方法：先写活泼金属氧化物，然后是不活泼的金属氧化物，再是非金属氧化物二氧化硅，最后是水，所以斜长石用氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B错误；月球上有游离态铁是因为月球环境中没有氧化金属铁的物质或者条件，所以月球的表面几乎没有氧气，C正确；橄榄石中，硅元素化合价是＋4价，氧元素化合价是－2价，所以铁元素化合价是＋2价，D正确。硅单质及其化合物常见易错点(1)用作半导体材料及计算机芯片的成分的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是晶体硅。(2)水晶、石英、玛瑙、硅