2011届高考化学复习课件状元之路系列：11-无机非金属材料的主角——硅

学案11无机非金属材料的主角——硅轻松学教材qingsongxuejiaocai一､二氧化硅SiO2存在形式:(1)石英､(2)水晶､(3)玛瑙等物理性质:熔点(4)高,硬度(5)大,(6)难溶于水化学性质化学稳定性好酸性氧化物的性质:SiO2+CaO(7)CaSiO3SiO2+2NaOH===(8)Na2SiO3+H2O特性:(9)SiO2+4H===FSiF4↑+2H2O用途(10)光导纤维､化学仪器､光学仪器､钟表等 高温二､硅酸H2SiO3物理性质:1(1)不溶于水,透明,(12)胶状(硅胶)化学性质:弱酸性,H2SiO3+2NaOH===(13)Na2SiO3+2H2O比碳酸酸性弱:Na2SiO3+14CO2+H2O===Na2CO3+(15)H2SiO3↓制备方法:(可溶性硅酸盐+酸)Na2SiO3+2HCl===(16)2NaCl+H2SiO3↓三､硅酸盐硅酸盐组成:硅､氧､金属性质:大都(17)不溶于水,化学性质(18)稳定硅酸钠19)可溶于水,其水溶液俗称(20)水玻璃,可用做(21)木材防火剂用氧化物表示硅酸盐的组成四､无机非金属材料无机非金属材料传统无机非金属材料陶瓷玻璃水泥新型无机非金属材料高温结构陶瓷压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷体验热身tiyanreshen1.北京2008奥运会金牌“金镶玉”环形玉璧由昆仑玉制成,昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2,则其用二氧化硅和金属化物的形式可表示为()A.CaO·MgO·SiO2·H2OB.2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC.2CaO·MgO·SiO2·2H2OD.5CaO·2MgO·8SiO2·H2O答案:B解析:把硅酸盐改写为氧化物的格式为a金属氧化物·bSiO2·cH2O,含有多种金属元素时,较活泼金属的氧化物在前｡书写时注意各元素的个数比要保护不变｡2.下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是()A.NaOH溶液B.Na2SiO3溶液C.盐酸D.氢氟酸答案:C解析:本题主要考查化学试剂的贮存方法｡NaOH溶液､氢氟酸均能和玻璃中的SiO2发生反应而腐蚀玻璃;Na2SiO3溶液具有很强的黏性,用带玻璃塞的玻璃瓶盛放,Na2SiO3溶液能将瓶塞粘住｡3.下列关于碳和硅的叙述中,不正确的是()A.+4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应B.单质在加热时都能与氧气反应C.氧化物都能溶于水生成相应的酸D.碳和硅两种元素都有能导电的单质答案:C解析:A项,碳和硅的+4价氧化物都是酸性氧化物,都能与氢氧化钠溶液反应;B项,碳和硅的单质在加热时都能与O2反应,生成氧化物;C项,SiO2不溶于水,不能生成硅酸;D项,石墨是导体,晶体硅是半导体,都能导电｡4.(2009·南京模拟)硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角色,被誉为无机非金属材料的主角｡下列物品用到硅单质的是()A.玻璃制品B.石英钟表C.计算机芯片D.光导纤维答案:C解析:制玻璃､石英钟表以及光导纤维的含硅原料为SiO2,故A､B､D三项不合题意;计算机芯片的含硅原料为单质硅｡5.某科研小组用高岭土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O并含少量CaO､Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物),其实验步骤如下:将土样和纯碱混匀,加热熔融,冷却后用水浸取熔块,过滤,弃去残渣,滤液用盐酸酸化,经过滤分别得到沉淀和溶液,溶液即为净水剂｡(1)写出熔融时高岭土的主要成分与纯碱反应的化学方程式(Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应相似)______________________________________｡,232232NaCOSiONaSiOCO232322NaCOAlO2NaAlOCO(2)最后的沉淀物是____________,生成该沉淀的离子方程式是__________________________｡(3)实验室中常用瓷坩埚､氧化铝坩埚和铁坩埚,本实验在熔融高岭土时应选用的坩埚是____________｡H2SiO32323SiO2HHSiO铁坩埚解析:(1)由题意可知Al2O3与纯碱反应和SiO2与纯碱反应类似,均是生成盐和CO2,Al2O3与Na2CO3反应生成NaAlO2;SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3｡(2)滤液中含有Na2SiO3和NaAlO2,向其中加入盐酸二者均可与盐酸反应,Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3沉淀,而NaAlO2与盐酸反应先生成Al(OH)3沉淀,后又溶解,所以最后的沉淀是H2SiO3｡(3)由于高温下SiO2和Al2O3均可和Na2CO3反应,所以应选择铁坩埚｡6.A､B､C､D､E代表单质或化合物,它们之间的相互转换关系如图所示,A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质,其晶体结构与金刚石相似｡请填空:(1)形成单质A的原子结构示意图为____________,它的最高化合价为____________｡(2)B的化学式(分子式)为________________,B和碳反应生成A和E的化学方程式为____________________｡＋４价SiO22SiO2CSi2CO高温(3)C的化学式为__________,D的化学式为__________｡CaSiO3Na2SiO3解析:根据题意A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质,可确定A为硅,分析框图,并结合中学化学知识,高温下与碳反应生成单质硅的只有二氧化硅,因此可确定B为SiO2,依据框图可确定C为CaSiO3,D为Na2SiO3,E为CO｡重点探究zhongdiantanjiu一､碳､硅元素的存在､单质的物理性质及用途(1)存在形式碳元素既有游离态,又有化合态,而硅元素仅有化合态｡碳单质主要有金刚石､石墨等同素异形体,硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类｡(2)单质的物理性质晶体硅与金刚石结构类似,二者熔点高,硬度大,石墨是层状结构晶体,熔点高,硬度较小,是电的良导体,有腻感｡(3)单质主要用途金刚石可用于切割刀具､装饰品等;石墨可做电极､润滑剂､铅笔芯等;硅可用做半导体材料和合金材料｡2.化学性质碳､硅在参与化学反应时,一般表现还原性｡【例1】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:①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅;②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2;③SiHCl3与过量H2在1000~1100℃反应制得纯硅｡已知SiHCl3能与H2O剧烈反应,在空气中易自燃｡ 300℃请回答下列问题｡(1)第①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(沸点为33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为-84.7℃),提纯SiHCl3采用的方法为__________________________________________________________________｡ 2SiO2CSi2CO高温分馏(或蒸馏)(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):①装置B中的试剂是,装置C中的烧瓶需要加热,其目的是______________________________________｡浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②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________________________________________________｡有固体物质生成在此反应温度下,普通玻璃会软化~?32SiHClH10001100Si3HCl℃③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__________｡④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溶液排尽装置中的空气bd解析:(1)高温下用C还原SiO2生成CO而不是CO2｡(2)分离､提纯不同沸点的液体可以采用分馏或蒸馏的方法｡(3)用Zn､稀H2SO4制得的H2中混有少量H2O,而SiHCl3能与H2O剧烈反应,所以要进行干燥,根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸｡C装置用水浴加热SiHCl3使其挥发成气体,和H2进入D装置反应｡因为的反应温度很高,不能使~?32SiHClH10001100Si3HCl℃用普通玻璃管｡因为SiHCl3容易在空气中自燃,实验中还要注意先通一段时间H2排尽装置中的空气｡【方法归纳】读懂信息､找突破口是解题的关键｡类比迁移leibiqianyi1.(2008·广东)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:①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式____________________________________________-｡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,写出配平的化学反应方程式__________________________________________;H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是______________________________________｡32SiHClH1357KSi3HCl32232SiHCl3HOHSiO3HClH高温下H2与O2反应发生爆炸(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ABC(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________________________________｡,,,2234342333SiONHSiO2NHHSiO2NH答案：与发生水解相互促进反应产生白色絮状沉淀同时产生有刺激性气味的气体解析:本题通过硅及其化合物的制备､性质及应用综合考查了氧化还原反应､盐类的水解､物质的性质决定用途等知识,考查学生从信息中准确提取实质性内容并与已有知识整合,重新组合､迁移､归纳解决新问题的能力,并有力体现了化学用语的正确表达能力｡(),23321HSiHClSiSiHClH1357KSi3HCl①还原可制备化学方程式为｡②SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3､HCl和H2;用H2还原SiHCl3过程中若混入O2,则高温下H2与O2反应发生爆炸｡(2)A项,碳化硅为原子晶体,熔点高､性质稳定,可用于生产高温水泥,B项,氮化硅为原子晶体,熔点高,硬度大,可用于制作高温陶瓷和轴承｡D项,普通玻璃的主要成分是Na2SiO3､CaSiO3,是由石英砂(SiO2)､石灰石､纯碱高温下反应产生的,化学方程式为Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,E项,Si与HCl在常温下不反应,发生反应时所需温度较高,不便操作｡(3)Na2SiO3与NH4Cl水解相互促进生成H2SiO3沉淀和NH3气体,离子方程式为高温高温234233SiO2NHHSiO2NH｡重点探究z