广东省2021版高考化学一轮复习第四单元第1节无机非金属材料的主角硅课件新人教版

第1节无机非金属材料的主角——硅-2-考查要点说明核心素养解读1.了解碳、硅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.了解碳元素和硅元素的重要化合物对环境的影响。1.宏观辨识与微观探析:能从不同层次认识碳、硅及其化合物的多样性,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.科学态度与社会责任:了解二氧化碳对环境的影响,具有可持续发展意识,绿色低碳的生活方式;赞赏碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献。-3-自主预诊考向突破碳、硅单质及氧化物的性质和用途1.碳、硅原子结构、单质的物理性质与用途碳硅原子结构示意图自然界存在形态既有,也有,是组成有机物的基本元素只有,是构成矿物和岩石的主要元素物理性质金刚石:熔点、硬度、电;石墨:硬度小、导电灰黑色固体,有金属光泽,熔点、硬度、有脆性,导电性介于导体和绝缘体之间化合态游离态化合态高大不导高大-4-自主预诊考向突破碳硅用途用于制做切割刀具,用作电极、铅笔芯材料、合金材料、芯片和光电池材料微点拨(1)碳元素的同素异形体因结构不同导致物理性质不同,但化学性质相似。(2)同素异形体之间的转化是化学变化,但不是氧化还原反应。金刚石石墨半导体-5-自主预诊考向突破2.碳、硅单质的化学性质CO22COCO2↑+2Cu2COCO+H2CO2↑+2SO2↑+2H2OCO2↑+4NO2↑+2H2O-6-自主预诊考向突破Si+O2SiO2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑-7-自主预诊考向突破3.硅的制备及提纯(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅:SiO2+2CSi(粗)+2CO↑(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si(粗)+3HClSiHCl3+H2(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4:Si(粗)+2Cl2SiCl4(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅:SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅:SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl-8-自主预诊考向突破4.二氧化碳与二氧化硅的比较物质SiO2CO2结构空间立体网状结构,无单个分子直线形,存在单个分子物理性质硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水熔、沸点低,常温下为气体,微溶于水-9-自主预诊考向突破物质SiO2CO2化学性质与水反应不反应CO2+H2OH2CO3与酸反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O不反应与碱反应SiO2+2NaOH盛碱液的试剂瓶用橡胶塞CO2+2NaOH或CO2+NaOHNa2SiO3+H2ONa2CO3+H2ONaHCO3-10-自主预诊考向突破化学性质与盐反应SiO2+Na2CO3、SiO2+CaCO3Ca(ClO)2+CO2+H2OCO2+Na2CO3+H2O与碱性氧化物反应SiO2+CaOCO2+Na2O与碳反应用途制光学仪器、石英玻璃、化工原料、灭火剂、制冷剂、人工降雨Na2SiO3+CO2↑CaSiO3+CO2↑CaCO3↓+2HClO2NaHCO3CaSiO3Na2CO3SiO2+2CSi+2CO↑CO2+C2CO光导纤维-11-自主预诊考向突破微点拨(1)CO2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。-12-自主预诊考向突破5.硅及其氧化物的特性物质一般规律特性Si硅的还原性比碳强SiO2+2CSi+2CO↑非金属单质与强碱反应一般不生成氢气Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si+4HFSiF4↑+2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体-13-自主预诊考向突破SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水,不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,碳酸酸性强于硅酸,如Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑-14-自主预诊考向突破自我诊断1.自然界中有硅单质吗?2.从元素周期表的位置看,硅的还原性比碳强,但碳能与SiO2反应制取Si,试从化学平衡的角度解释该反应发生的原因。提示:没有,因为硅有很强的亲氧性,在地壳中硅与氧极易结合,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。提示:2C+SiO2Si+2CO↑,由于CO气体的逸出,促使反应正向进行。-15-自主预诊考向突破3.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。()(2)金刚石和石墨由相同的元素组成,因此它们具有相同的性质。()(3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。()(4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。()(5)向CaCl2溶液中通入CO2气体,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失。()(6)向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体,会析出晶体。()答案:(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√-16-自主预诊考向突破4.(1)下列物质能与单质硅发生化学反应的是。①浓硝酸②水③浓硫酸④氢氟酸⑤NaOH溶液⑥氟气⑦氯气(2)下列事实能说明非金属性CSi的是。①硬度:金刚石晶体硅②熔、沸点:SiO2CO2③酸性:H2CO3H2SiO3④稳定性:CH4SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀⑥高温下SiO2能与Na2CO3反应⑦相同条件下,碱性:Na2SiO3(aq)Na2CO3(aq)答案:(1)④⑤⑥⑦(2)③④⑤⑦-17-自主预诊考向突破考向1碳、硅及其氧化物的性质和用途典例❶(2019高考题组合改编)下列说法不正确的是()A.天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅B.CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应C.CO2溶于水和干冰升华都只有分子间作用力改变D.石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏答案解析解析关闭石英、水晶的主要成分均为二氧化硅,A项正确;CO2、SiO2都是酸性氧化物,都能与碱及碱性氧化物反应,B项正确;CO2溶于水发生反应CO2+H2OH2CO3,该过程有化学键的断裂和生成,C项错误;石墨属于层状结构晶体,每层石墨原子间为共价键,层与层之间为分子间作用力,金刚石只含有共价键,因而石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成,也有分子间作用力的破坏,D项正确。答案解析关闭C-18-自主预诊考向突破归纳总结碳酸虽然是一种弱酸,但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强,将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中,均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐,这是“强酸制弱酸”原理的应用。如CO2(少量)+Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2SiO3↓;CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO;CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O2Al(OH)3↓+Na2CO3;CO2(过量)+NaAlO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3;CO2++H2ONaHCO3+-19-自主预诊考向突破对点演练1下列说法中不正确的是()A.石墨可导电,在一定条件下可与SiO2反应B.二氧化硅是硅酸的酸酐,但不能用它和水直接反应来制取硅酸C.硅的化学性质不活泼,但在常温下也可和某些物质反应D.碳、硅的氧化物均能与NaOH溶液反应答案解析解析关闭A、B项正确;硅在常温下能与氢氟酸反应,C项正确;CO不溶于水,也不能与NaOH溶液反应,D项错误。答案解析关闭D-20-自主预诊考向突破考向2硅的制备典例❷(2020江西上饶月考)光纤通信是利用光导纤维传送信号的一种通信手段,合成光导纤维及氮化硅(一种无机涂层)的工艺流程如下:-21-自主预诊考向突破回答下列问题:(1)反应Ⅰ的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑,其中还原剂为(填化学式),该反应涉及的副反应可能有(碳不足)C+SiO2Si+CO2↑和(碳足量)。(2)经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下:组分名称SiCl4SiHCl3SiH2Cl2HClBCl3PCl3质量分数0.5450.4050.04620.00030.001930.00157沸点℃57.631.88.2-8512.575.5图中“操作X”的名称为;PCl3的电子式为。-22-自主预诊考向突破(3)已知反应Ⅳ的化学方程式为3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl,则反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为。若向一2L恒容密闭容器中投入1molSiCl4和1molNH3,6min后反应完全,则0~6min内,HCl的平均反应速率为mol·L-1·min-1。答案:(1)C3C+SiO2SiC+2CO↑(2)精馏(或蒸馏或分馏)(3)制取盐酸(或其他合理答案)0.25-23-自主预诊考向突破解析:(1)反应Ⅰ的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑,其中碳元素化合价升高,还原剂为C。碳足量时,生成的CO2与碳反应生成CO,化学方程式为3C+SiO2SiC+2CO↑。(2)根据表中数据可知物质的沸点相差较大,因此图中“操作X”的名称为精馏(或蒸馏或分馏);PCl3是共价化合物,其电子式为。(3)根据方程式可知反应Ⅲ和Ⅳ中的尾气是氯化氢,用途为制取盐酸。根据方程式可知反应中四氯化硅过量,生成氯化氢是3mol,浓度是3mol÷2L=1.5mol·L-1,则0~6min内,HCl的平均反应速率为1.5mol·L-1÷6min=0.25mol·(L·min)-1。-24-自主预诊考向突破对点演练2(2020湖北广水一中月考)由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是()A.①②③均属于氧化还原反应B.H2和HCl均可循环利用C.SiO2是一种坚硬难熔的固体D.工业生产粗硅的反应原理:SiO2+CSi+CO2↑答案解析解析关闭反应①为SiO2+2CSi+2CO↑,反应②Si(粗)+3HClSiHCl3+H2,反应③为SiHCl3+H2Si(粗)+3HCl,三个反应中元素的化合价均发生变化,均属于氧化还原反应,A项正确,D项错误;由生产高纯硅的流程示意图可知,H2和HCl既是反应物,又是生成物,所以可重复利用的物质是H2和HCl,B项正确;SiO2是原子晶体,硬度大、熔点高,C项正确。答案解析关闭D-25-自主预诊考向突破硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1.硅酸不弱Na2CO3+H2SiO3↓H2SiO3SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓-26-自主预诊考向突破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,长石(KAlSi3O8)可表示为。(3)硅酸钠。①硅酸钠是白色、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硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应:a.与盐酸反应的化学方程式为b.与CO2水溶液反应的化学方程式为③用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO2水玻璃Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓-27-自主预诊考向突破微点拨(1)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。(2)硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐是硅酸钠,其水溶液称为水玻璃。硅胶(mSiO2·nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。-28-自主预诊考向突破3.无机非金属材料的分类传统无机非金属材料玻璃水泥陶瓷有抗腐蚀性、耐高温的优点,但质脆,经不起热冲击新型无机非金属材料高温陶瓷光导纤维压电陶瓷生物陶瓷-29-自主预诊考向突破4.常见的硅酸盐材料产品水泥玻璃陶瓷设备水泥回转窑玻璃窑—原料、黏土、、石英黏土微点