【人教創(chuàng)新設(shè)計】高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角硅

非金屬及其化合物是中學(xué)化學(xué)中重要知識部分，也是高考的命題重點與熱點，在各省份歷年高考試題中所占比例較大，試題分值高，綜合性可弱可強，出題形式非常靈活，是高考備考的重要內(nèi)容。此部分的專題內(nèi)容由硅、氯、硫和氮四種元素及其化合物組成。對硅常以選擇題或?qū)嶒烆}形式考查Si、SiO2結(jié)構(gòu)與性質(zhì)和新材料應(yīng)用，如2009四川理綜6、2009浙江理綜28。

第四章非金屬及其化合物對氯元素多以選擇題，填空題形式考查Cl2性質(zhì)及制法和含氯化合物性質(zhì)，如2009山東理綜10、2009江蘇化學(xué)18、2009上海化學(xué)14。對硫元素以選擇題、填空題、實驗題形式考查SO2、H2SO4的核心性質(zhì)，同時也涉及O3、H2O2、酸雨等問題，如2009福建理綜7、2009廣東化學(xué)17、2009四川理綜26、2009上?；瘜W(xué)30。對氮元素以選擇題、填空題、推斷題、實驗題形式考查N2、NO、NO2、HNO3、NH3、銨鹽的重要性質(zhì)，如2009江蘇化學(xué)3、2009寧夏理綜7、2009山東理綜28、2009全國Ⅱ理綜28、2009北京理綜27、2009上?；瘜W(xué)31。高考試題清晰顯示，硅、氯、硫、氮非金屬元素及其化合物知識不僅會以單一元素考查，還往往與一些重要的基本概念、基本理論及其他元素化合物知識揉合在一起，進(jìn)行學(xué)科內(nèi)知識的綜合考查。以下幾方面仍需重點關(guān)注。1．以硅和碳為載體，反映新材料、新技術(shù)的題目會在高考試題中出現(xiàn)，考查學(xué)生接受處理新信息能力。2．以氯元素為核心，把握其性質(zhì)、制法和轉(zhuǎn)化關(guān)系，同時兼顧與之相關(guān)的基本概念和理論的考查，尤其是氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)等內(nèi)容。3．以SO2、H2SO3還原性、濃H2SO4氧化性為主要內(nèi)容，H2O2、O3為輔助內(nèi)容，進(jìn)一步深入研究化學(xué)平衡理論和環(huán)境保護(hù)問題。4．以N2、NH3結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，NO、NO2溶于水的計算，HNO3的強氧化性為載體，考查基本概念基本理論的應(yīng)用和實驗計算的能力，聯(lián)系環(huán)境保護(hù)，考查學(xué)生綜合分析處理問題能力。

1．了解硅單質(zhì)及其主要化合物SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的主要性質(zhì)。2．了解硅酸鹽工業(yè)及新型無機非金屬材料的特性與應(yīng)用。3．以上各部分知識的綜合應(yīng)用。

第一節(jié)無機非金屬材料的主角——硅1．硅單質(zhì)

硅在地殼中的含量居第

位，僅次于

，全部以

態(tài)存在，是一種

元素。 主要形成

價的化合物。 單質(zhì)硅有

和

形兩種，是良好的

材料。 常溫下，化學(xué)性質(zhì)

。2氧化合親氧＋4晶體無定半導(dǎo)體不活潑2．二氧化硅(SiO2) (1)物理性質(zhì) ①天然的二氧化硅稱為硅石，存在形態(tài)分

形和

形。 ②二氧化硅是

、

、

的主要成分，具有硬度

、熔點

、

導(dǎo)電、不溶于水等性質(zhì)。 (2)SiO2的結(jié)構(gòu) 在SiO2的晶體中，每個硅原子與

個氧原子結(jié)合，每個氧原子與

個硅原子結(jié)合，即SiO2晶體是由Si和O按

的比例所組成的

空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。結(jié)晶無定巖石沙子土壤大高不421∶2正四面體(3)化學(xué)性質(zhì)①酸性氧化物的通性SiO2＋CaOSiO2＋

NaOH===②與碳的反應(yīng)：SiO2＋

C③與氫氟酸的反應(yīng)：SiO2＋4HF===(4)用途SiO2可用于制造

、石英坩堝、飾物等。CaSiO3Na2SiO3＋H2O2Si＋2CO↑SiF4↑＋2H2O光導(dǎo)纖維2思考：C與Si同屬第IVA元素，其相應(yīng)的氧化物CO2與SiO2性質(zhì)有哪些異同點？提示：CO2與SiO2比較二氧化碳二氧化硅存在空氣中存在于巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土都含SiO2物理性質(zhì)熔、沸點低，常溫下是氣體，微溶于水堅硬難熔的固體，不溶于水化學(xué)性質(zhì)與水CO2＋H2OH2CO3不反應(yīng)與酸不反應(yīng)除氫氟酸外不反應(yīng)與NaOH溶液CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O與CaOCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOCaSiO3用途飲料、制純堿光導(dǎo)纖維、化學(xué)儀器、光學(xué)儀器、鐘表、電子部件等1．硅酸 (1)性質(zhì) 硅酸是難溶于水的

酸，其酸性比碳酸

，硅酸不能使紫色石蕊試液變紅色。 ①硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：

。 ②硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

。弱還弱H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O③硅酸在水中易聚合形成膠體。濃度較小時——

；濃度較大時——

。硅酸凝膠干燥脫水→硅酸干凝膠，又稱硅膠，吸附水的能力強，常用作

，也用作催化劑的載體。(2)制備Na2SiO3＋2HCl===

，Na2SiO3＋CO2＋H2O===

。無色透明液體凝膠干燥劑2NaCl＋H2SiO3↓Na2CO3＋H2SiO3↓2．硅酸酸鹽(1)硅酸鹽是是由、和組成的化化合物的的總稱。。硅酸鹽鹽是一類類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物物質(zhì)，一一般都?；瘜W(xué)性性質(zhì)很，通常用用和的形式表表示其組組成．(2)用用氧化物物的形式式表示下下列硅酸酸鹽的組組成。①硅酸鈉：：Na2SiO3；②硅酸鈣：：CaSiO3；③高嶺石：：Al2(Si2O5)(OH)4。硅氧金屬不溶于水水穩(wěn)定二氧化硅金屬氧化物物Na2O·SiO2CaO·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O延伸：硅酸酸鹽由于組組成比較復(fù)復(fù)雜，常用用氧化物形形式表示。。氧化物的順序序：活潑金金屬氧化物物→較活潑金屬屬氧化物→二氧化硅→水氧化物前系系數(shù)配置原原則：除氧氧元素外，，其他元素素按原子個個數(shù)守恒原原則配置系系數(shù)。注意事項：：①氧化物之間間以“·”隔開；②系數(shù)配置出出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)應(yīng)化為整數(shù)數(shù)。硅是一種不不活潑的非非金屬，一一般情況下下不易參加加化學(xué)反應(yīng)應(yīng)，常溫下下與O2、Cl2、濃H2SO4、濃HNO3不反應(yīng)，但但可與NaOH溶液液、氟氣、、氫氟酸反反應(yīng)。加熱時，能能與氧氣反反應(yīng)生成二二氧化硅，，Si＋O2SiO2，但與氧化化性酸等都都不反應(yīng)，，工業(yè)上在在電爐中用用碳還原二二氧化硅可可制得粗硅硅：2C＋SiO2Si＋2CO↑。二氧化硅也也是一種原原子晶體，，不溶于水水，熔點高高，硬度大大，由于二二氧化硅中中的硅氧鍵鍵鍵能很大大，所以它它的化學(xué)性性質(zhì)穩(wěn)定，，除氫氟酸酸外不與其其他酸反應(yīng)應(yīng)；二氧化化硅是硅酸酸的酸酐，，能與強堿堿或堿性氧氧化物反應(yīng)應(yīng)生成硅酸酸鹽；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaOCaSiO3二氧化硅與氫氫氧化鈉反反應(yīng)的產(chǎn)物物硅酸鈉，，可溶于水水，有粘合合作用，是是一種不燃燃、不腐的的礦物膠，，所以實驗驗室盛堿溶溶液的試劑劑瓶常用橡橡皮塞，而而不用玻璃璃塞。將CO2通入硅酸鈉鈉溶液可生生成白色絮絮狀沉淀H4SiO4，說明硅酸酸的酸性比比碳酸還弱弱，H4SiO4易失水生成成H2SiO3?！纠?】(2010·原創(chuàng)創(chuàng))下列說法正確確的是()A．二氧化化硅是酸性性氧化物，，它可以跟跟堿反應(yīng)，，但不能與與任何酸反反應(yīng)B．根據(jù)反反應(yīng)SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸酸性比碳碳酸強C．二氧化化碳通入硅硅酸鈉溶液液中可以制制得硅酸D．晶體硅硅常被用來來制造光導(dǎo)導(dǎo)纖維解析：二氧化硅是是酸性氧化化物，但它它可以與氫氫氟酸發(fā)生生反應(yīng)。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O↑；反應(yīng)SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑只有在高溫溫下才能進(jìn)進(jìn)行，由于于CO2是氣體，生生成后脫離離反應(yīng)體系系使反應(yīng)得得以繼續(xù)進(jìn)進(jìn)行，但這這不能說明明硅酸的酸酸性比碳酸酸的酸性強強；要比較較硅酸和碳碳酸的酸性性強弱就是是要比較它它們在水溶溶液中電離離出H＋的難易程度度，如CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，符合強酸酸制弱酸的的規(guī)律，也也可說明碳碳酸的酸性性比硅酸的的強；SiO2是光導(dǎo)纖維維的主要成成分，光導(dǎo)導(dǎo)纖維可以以用SiO2來制取。答案：C硅及其化合合物知識中中的特例1．非金屬單質(zhì)質(zhì)一般為絕絕緣體(如如硫)，但但Si卻為為半導(dǎo)體。。2．非金屬屬單質(zhì)與堿堿反應(yīng)一般般是非金屬屬發(fā)生歧化化反應(yīng)(非非金屬單質(zhì)質(zhì)既作氧化化劑，又作作還原劑)，而Si與堿液反反應(yīng)卻只作作還原劑。。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O)3．C、Si同屬ⅣA族，還原原性是Si大于C，，而C卻能能將Si從從SiO2中還原出來來(條件是是高溫)，，原因是產(chǎn)產(chǎn)物CO氣氣體迅速從從反應(yīng)體系系中逸出。。SiO2＋2CSi＋2CO↑4．非金屬屬單質(zhì)一般般不跟非氧氧化性酸作作用，而Si卻能與與HF發(fā)生生反應(yīng)。Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑5．酸性氧氧化物一般般不與酸發(fā)發(fā)生非氧化化還原反應(yīng)應(yīng)，但SiO2卻能與HF作用。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O6．無機酸酸一般易溶溶于水，而而H2SiO3及H4SiO4卻難溶于水水。7．“玻璃非玻璃璃，名堿卻卻是鹽”，這是Na2SiO3的寫照，該該物質(zhì)的水水溶液俗名名為“水玻璃”，但它與玻玻璃卻大相相徑庭；Na2SiO3因水解顯堿堿性，俗名名“泡花堿”，但它卻不不是堿，而而是鹽。1．下列說法正確確的是()A．二氧化化硅溶于水水顯酸性，，所以二氧氧化硅屬于于酸性氧化化物B．二氧化化硅是酸性性氧化物，，它不溶于于任何酸C．二氧化化碳通入水水玻璃可以以得到原硅硅酸D．因為高高溫時二氧氧化硅與碳碳酸鈉反應(yīng)應(yīng)放出二氧氧化碳，所所以硅酸的的酸性比碳酸強解析：二氧化硅不不溶于水，，能溶于氫氫氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，碳酸鈉鈉與二氧化化硅在高溫溫下能反應(yīng)應(yīng)是因為產(chǎn)產(chǎn)生的CO2氣體不斷逸逸出，使化化學(xué)平衡不不斷向生成成物的方向向移動，故故A、B、、D不正確確。答案：C硅與二氧化化硅都是原原子晶體，，其結(jié)構(gòu)模模型可由金金剛石的結(jié)結(jié)構(gòu)類推，，如果將金金剛石結(jié)構(gòu)構(gòu)中的碳原原子全部用用硅原子代代換，則為為硅晶體，，在硅晶體體中，每兩兩個硅原子子之間夾一一個氧原子子，即為二二氧化硅。。由于鍵長長：Si——Si＞Si—C＞＞C—C，，所以，其其硬度和熔熔、沸點：：硅晶體＜＜碳化硅＜＜金剛石。。注：二氧化硅的的熔、沸點點比硅低。。1．金剛石石與晶體硅硅的結(jié)構(gòu)相相似，它們們都是以4個共價鍵鍵形成的正正四面體空空間網(wǎng)狀結(jié)結(jié)構(gòu)，鍵角角均為109°28′。2．CO2和SiO2的結(jié)構(gòu)不同同，CO2具有分子結(jié)結(jié)構(gòu)，其結(jié)結(jié)構(gòu)式為O===C===O，電子式式為，直線形分分子，常溫溫下為氣體體，而SiO2無分子結(jié)構(gòu)構(gòu)，它以[SiO4]四面體為為基本結(jié)構(gòu)構(gòu)單元。O—Si——O夾角為為109°°28′，每個O原子子又同時連連接2個硅硅原子?！纠?】1molSiO2晶體中含有Si—O共共價鍵的物物質(zhì)的量是是()A．1molB．2molC．3molD．．4mol解析：1molSiO2中含有4mol共共價鍵。在在SiO2晶體中，是是由許多個個[SiO4]四面體組組成的。每每個Si原原子周圍結(jié)結(jié)合著4個個O原子，，同時每個個O原子又又與兩個Si原子結(jié)結(jié)合，如：：每個四面面體均以Si原子為為中心，包包括4個Si—O鍵鍵。答案：D2．1mol晶體硅中含有有Si—Si鍵的數(shù)數(shù)目是(設(shè)設(shè)阿伏加德德羅常數(shù)為為NA)()A．0.5NAB．NAC．2NAD．4NA解析：晶體硅結(jié)構(gòu)構(gòu)與金剛石石相似，每每個硅原子子與另外4個硅原子子相連，Si—Si鍵夾角109°28′。其中在計計數(shù)時，每每個Si——Si鍵數(shù)數(shù)過2次，，總數(shù)應(yīng)減減半。Si—Si鍵數(shù)目為為2NA。答案：C【例1】(2010·模擬擬精選，廣廣東中山模模擬)下列說法中，，不正確的的是()A．SiO2和CO2都是酸性氧氧化物，均均可與NaOH溶液液反應(yīng)B．SiO2不能與任何何酸發(fā)生反反應(yīng)C．SiO2和CO2在一定條件件下，均可可與CaO發(fā)生反應(yīng)應(yīng)D．SiO2不溶于水，，而CO2可與水反應(yīng)應(yīng)，生成H2CO3解析：SiO2是一種酸性性氧化物，，但是可與與HF溶液液發(fā)生反應(yīng)應(yīng)，生成SiF4和H2O，答案為為B。答案：B高分策略本題考查了了二氧化碳碳與二氧化化硅的屬類類及性質(zhì)。。比較時要要從二者的的物質(zhì)類別別和結(jié)構(gòu)類類型去分析析，同時要要注意二者者物理、化化學(xué)性質(zhì)差差異的合理理解釋?！纠?】(19分)獲取知識和信信息是現(xiàn)代代人不可缺缺少的素質(zhì)質(zhì)，信息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的飛速速發(fā)展離不不開材料科科學(xué)的推動動。(1)光導(dǎo)導(dǎo)纖維是一一種能高質(zhì)質(zhì)量傳導(dǎo)光光的玻璃纖纖維，利用用光纜通訊訊，能同時時傳輸大量量信息。制制造光纖電電纜的主要要原材料的的化學(xué)式是是____________________________________________________________，，它屬于________材料料。(2)信息產(chǎn)業(yè)的核核心材料是是高純度的的硅，高純純度的單晶晶硅生產(chǎn)方方法之一：：SiO2(粗硅)SiHCl3(沸點31.5℃)Si超純硅(多多晶硅)→單晶硅近代用得較較多的另一一種方法(之二)是是：用金屬屬硅化物(Mg2Si)與鹽鹽酸作用制制得硅烷，，再熱分解解硅烷可得得高純硅。。單晶硅可可用來制作作大規(guī)模集集成電