2018版高考化学一轮总复习第四章非金属及其化合物第12讲无机非金属材料的主角_硅课件

第四章非金属及其化合物第12讲无机非金属材料的主角——硅新课标考纲展示全国卷三年考情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的影响。3.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法。2016卷Ⅲ：T72015卷Ⅰ：T262014卷Ⅱ：T7卷Ⅱ：T27(1)考点一碳、硅单质重要性质及应用1．C、Si的存在形态、物理性质和用途项目碳硅存在形态游离态和化合态自然界中只存在化合态物理性质金刚石：熔点高、硬度大石墨：硬度小、电的良导体灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性用途制造切割刀具：金刚石；制造电极、铅笔芯：石墨；合金材料和半导体材料2.碳、硅的化学性质(1)碳单质的化学性质——还原性。①与O2的反应(用化学方程式表示)：O2不足：2C＋O2=====点燃2CO；O2充足：C＋O2=====点燃CO2。②与其他物质的反应(用化学方程式表示)：与CuO反应：2CuO＋C=====高温2Cu＋CO2↑(可用于金属的冶炼)；与CO2反应：CO2＋C=====高温2CO；与水蒸气反应：C＋H2O(g)=====高温CO＋H2(制水煤气)；与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。(2)硅的化学性质——还原性。①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；②与O2反应：Si＋O2=====△SiO2。3．硅的制备(1)原料：二氧化硅、焦炭(2)原理：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。(3)提纯：Si＋2Cl2=====高温SiCl4、SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。[易错警示]——判断正误(1)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()(3)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。()(4)用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。()(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。()答案：(1)√(2)√(3)×(4)√(5)×题组硅单质的性质1．下列关于硅单质及其用途的说法不正确的是()A．硅和碳的单质都具有同素异形体B．硅的晶体结构类似于金刚石，熔点高，硬度大C．硅属于金属，所以是良好的半导体材料D．硅可用作光电转换材料解析：硅属于非金属，C不正确。答案：C2．(2015·海南卷)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：(1)能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为____________________________。(2)由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为_________，Y分子的电子式为____________。解析：Z为半导体单质，则Z是Si元素；Si可与氢氟酸反应；其氧化物为二氧化硅，根据反应的流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。答案：(1)氢氟酸SiO2＋Mg=====△O2↑＋Mg2Si(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4考点二碳、硅的氧化物1．二氧化碳(1)物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，可溶于水。(2)化学性质。①与H2O反应：CO2＋H2OH2CO3。②与碱(如NaOH溶液)反应：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O。③与碱性氧化物(如Na2O等)反应：CO2＋Na2O===Na2CO3。④与某些盐(如Na2CO3等)反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3。⑤与Na2O2反应：2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2。(3)实验室制取原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。(4)用途：化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂、人工降雨。2．二氧化硅(1)物理性质：硬度很大，熔、沸点很高。(2)化学性质。①与碱溶液(如NaOH溶液)反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液)②与碱性氧化物(如CaO)反应：SiO2＋CaO=====高温CaSiO3。③与碳酸盐(如Na2CO3、CaCO3)反应：SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑、SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑。④与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)用途：制光学仪器、石英玻璃。水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。[易错警示]——判断正误(1)SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。()(2)因SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维。()(3)SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器。()(4)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应。()(5)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料。()(6)NaOH溶液应贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√题组一二氧化硅的性质及重要应用1．(2016·唐山模拟)下列物质：①氢氟酸；②浓H2SO4；③烧碱溶液；④Na2CO3固体；⑤氧化钙；⑥浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有()A．①②⑥B．②③⑥C．①③④⑤D．全部解析：SiO2可与烧碱溶液、氧化钙反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可以与氢氟酸反应；在制玻璃过程中SiO2与Na2CO3固体反应；SiO2不能与浓硫酸和浓硝酸反应。答案：C2．诺贝尔物理学奖曾授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24L气体(标准状况)时，得到2.8g硅C．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应解析：A项SiO2不与H2O反应；B项SiO2＋2C=====高温2CO↑＋Si，生成2.24LCO(标准状况)时，得到1.4gSi；C项光导纤维不能导电，它传导的是光信号。答案：D题组二SiO2和CO2的性质比较3．下列叙述正确的是()A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似B．因为CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物解析：CO2的熔、沸点低，溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应是SiO2的特殊性质，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱，B错；SiO2和HF反应也是SiO2的特殊性质，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。答案：C4．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()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都是酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则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考点三硅酸和硅酸盐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，反应的化学方程式为：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。(2)不稳定性：H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为：H2SiO3=====△SiO2＋H2O。(3)硅酸的制备及硅胶：①制备原理：可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应的化学方程式为：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。②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，常用作干燥剂和催化剂的载体。2．硅酸盐(1)硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸盐组成的表示方法。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Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。(3)硅酸钠。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与酸性较硅酸强的酸反应。a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。b．与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料。如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料如下表。项目水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑(2)新型无机非金属材料。如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。[易错警示]——判断正误(1)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。()(2)黏土的主要成分是三氧化二铝。()(3)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。()(4)瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱。()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×题组一硅酸、硅酸盐的重要性质及应用1．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()A．这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质解析：水玻璃是一种矿物胶，可作为黏合剂、耐酸水泥的掺料，木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧，水玻璃的化学性质稳定，但在空气中易与二氧化碳反应生成硅酸。答案：D2．在水玻璃中通入少量的CO2气体，待其充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为()A．Na2SiO3B．Na2SiO3与Na2CO3C．SiO2与Na2CO3D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3解析：通入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。答案：A题组二无机非金属材料的组成和性质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，所以所有的硅酸盐都不溶于水D．新型陶瓷材料种类很多，但是都属于硅酸盐解析：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玻璃，成分还是硅酸盐，属于传统的无机非金属材料，所以B错误；大多数硅酸盐都难溶于水，但是Na2SiO3是可溶的，所以C错误；新型陶瓷中的压电陶瓷就不属于硅酸盐，所以D错误。答案：A4．(2016·郑州模拟)航天服是由新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，其主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是()A．它耐高温、抗氧化B．它比钢铁轻，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料解析：由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，质地并不是很脆，B错误。答案：B