適用于新高考新教材浙江專版2025屆高考化學一輪總復習第4章非金屬及其化合物第14講無機非金屬材料課件新人教版

第14講無機非金屬材料選考目標要求1.掌握硅元素的單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)及應用,形成“結構決定性質(zhì)”的觀念。2.掌握無機非金屬材料的性質(zhì)和用途及具有探索未知、崇尚真理的意識。命題分析1.關注碳元素同素異形體的不同用途及二氧化碳對環(huán)境的影響。2.硅、二氧化硅的性質(zhì)用途是考查重點,要特別關注硅、二氧化硅的特性。3.硅酸和硅酸鹽的性質(zhì)近幾次選考里均未出現(xiàn),無機非金屬材料的用途在聯(lián)系新科技時會出現(xiàn)。知識點一碳族元素硅和二氧化硅落實主干基礎1.碳、硅元素的存在形式

元素碳硅存在形式既有游離態(tài),又有化合態(tài)因有親氧性,所以僅有化合態(tài)單質(zhì)金剛石、石墨、C60等同素異形體晶體硅和無定形硅兩大類2.碳、硅單質(zhì)的結構、物理性質(zhì)與用途(1)碳、硅單質(zhì)的結構金剛石:空間網(wǎng)狀結構;石墨:層狀結構;晶體硅:與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結構。(2)碳、硅的物理性質(zhì)和用途(用短線連接起來)3.二氧化硅

[練一練]1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。(1)石墨轉變?yōu)榻饎偸姆磻獙儆谘趸€原反應。(

)(2)碳、硅在自然界中的存在形式既有游離態(tài)又有化合態(tài)。(

)(3)Si是半導體材料,可用于制作太陽能電池。(

)(4)SiO2是酸性氧化物,可溶于強堿,不溶于任何酸。(

)(5)SiO2具有導電性,故可用于制備光導纖維。(

)××√××2.石英砂制取高純硅的主要化學反應如下:關于上述反應的敘述不正確的是(

)A.①③是置換反應,②是化合反應B.高溫下,焦炭與氫氣的還原性均強于硅C.任一反應中,每消耗或生成28g硅,均轉移4mol電子D.高溫爐里將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按比例混合就能得到高純硅D解析

在氧化還原反應中,還原劑的還原性比還原產(chǎn)物的還原性強,B正確;根據(jù)元素化合價的變化,每消耗或生成28

g(1

mol)硅,均轉移4

mol電子,C正確;題中的三個反應是在三個不同反應器中發(fā)生的,D錯誤。突破命題視角角度一

硅和二氧化硅的性質(zhì)1.(2024·浙江杭州高三一模)材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎,下列屬于新型無機非金屬材料的是(

)A.水泥

B.碳化硅

C.橡膠

D.塑料B解析

水泥為傳統(tǒng)無機硅酸鹽材料,A錯誤;碳化硅為新型無機非金屬材料,B正確;橡膠為有機高分子材料,C錯誤;塑料為有機高分子材料,D錯誤。2.二氧化硅廣泛存在于自然界中,在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a~e是對①~⑤反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質(zhì)或作用進行的判斷,其中正確的是(

)①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2Oa.反應①中SiO2作為玻璃的成分被消耗,用于刻蝕玻璃b.反應②中SiO2表現(xiàn)出氧化性c.反應③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性d.反應④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性的酸酐的原理e.反應⑤中SiO2未參加氧化還原反應A.ace

B.bdeC.cde D.ab答案

B解析

通常用氫氟酸來刻蝕玻璃,與之對應的反應是③,a、c判斷錯誤;反應②是置換反應,其中二氧化硅被還原,表現(xiàn)出氧化性,b判斷正確;反應④用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳,d判斷正確;反應⑤中碳元素的化合價由0價變?yōu)?4價和+2價,硅元素和氧元素的化合價都沒有改變,因此二氧化硅沒有參加氧化還原反應,e判斷正確。歸納總結硅及其化合物的特殊性質(zhì)物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性Si硅還原性強于碳2C+SiO2Si+2CO↑非金屬單質(zhì)與強堿溶液反應一般不產(chǎn)生H2硅可與強堿溶液反應產(chǎn)生H2非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應Si+4HF===SiF4↑+2H2↑非金屬單質(zhì)一般為絕緣體硅為半導體物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性SiO2酸性氧化物一般與水反應生成相應酸SiO2不溶于水,也不與水反應酸性氧化物一般不與酸發(fā)生反應SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O“較強酸制較弱酸”是復分解反應的一般規(guī)律,H2CO3酸性強于H2SiO3,故可發(fā)生反應Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓以下反應不能說明酸性的強弱:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑角度二

高純硅的制備3.(2023·浙江鎮(zhèn)海中學月考)科學家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示:A.該工藝流程的優(yōu)點是部分物質(zhì)可循環(huán)使用B.①和②互為可逆反應C.該流程需要隔絕空氣答案

B解析

反應②中生成的HCl在反應①中可循環(huán)利用,正確;反應①與反應②對應的反應溫度不一致,不是可逆反應,錯誤;高溫條件下,Si、SiHCl3、H2都能與O2反應,故需隔絕空氣,正確;SiO2不與HCl反應,不能通過題述途徑制硅,正確。4.(2023·浙江杭州十四中檢測)多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài),是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯誤的是(

)A.Y、Z分別為H2、Cl2B.制取粗硅過程可能發(fā)生反應:SiO2+3CSiC+2CO↑C.提純SiHCl3可采用萃取、分液的方法D.為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃燒、爆炸,“還原”步驟在無水、無氧條件下進行C解析

電解飽和NaCl溶液,反應產(chǎn)生NaOH、H2、Cl2,X是NaOH,H2、Cl2反應產(chǎn)生HCl,焦炭與石英在高溫下反應產(chǎn)生粗硅,HCl與粗硅反應產(chǎn)生SiHCl3和少量SiCl4,SiHCl3和SiCl4是沸點不同的混合物,經(jīng)蒸餾分離提純得到SiHCl3,SiHCl3和H2在高溫條件下反應產(chǎn)生多晶硅和HCl,所以Y是H2,Z是Cl2。Y是H2,Z是Cl2,A正確;焦炭與SiO2在高溫下發(fā)生反應制取粗確;SiHCl3和SiCl4是沸點不同的互溶的液體混合物,采用蒸餾方法進行分離,而不是采用萃取、分液的方法,C錯誤;已知SiHCl3遇水劇烈水解,且H2是可燃性氣體,與O2混合點燃可能會發(fā)生爆炸,因此為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃燒、爆炸,“還原”步驟在無水、無氧條件下進行,D正確。歸納總結

知識點二無機非金屬材料落實主干基礎1.硅酸(1)弱酸性:H2SiO3難溶于水,其酸性比碳酸弱,不能使指示劑變色,能與強堿(如NaOH)反應,化學方程式為H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。(2)不穩(wěn)定性:H2SiO3不穩(wěn)定,受熱易分解,化學方程式為H2SiO3SiO2+H2O。(3)硅酸的制備及硅膠①制備原理:可溶性硅酸鹽(如Na2SiO3)與較強的酸(如鹽酸)反應,化學方程式為Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓+2NaCl。②硅膠:硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠,經(jīng)干燥脫水后即得硅膠,常用作干燥劑和催化劑的載體。2.硅酸鹽(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱,是構成地殼巖石的重要成分。(2)硅酸鹽組成的表示方法通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成:①氧化物的書寫順序:活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水,不同氧化物間以“·”隔開。②各元素的化合價保持不變,且滿足化合價代數(shù)和為零,各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2,長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。(3)硅酸鈉①物理性質(zhì):白色、可溶于水的粉末狀固體,其水溶液俗稱水玻璃,有黏性,水溶液顯堿性。②化學性質(zhì):能與酸性較硅酸強的酸反應a.與鹽酸反應的化學方程式:Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓。b.與CO2水溶液反應的化學方程式:Na2SiO3+2H2O+2CO2===2NaHCO3+H2SiO3↓。③用途:黏合劑(礦物膠),耐火阻燃材料。3.無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料(如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料)傳統(tǒng)無機非金屬材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英砂黏土主要設備水泥回轉窯玻璃窯陶瓷窯主要成分硅酸鹽Na2SiO3、CaSiO3和SiO2硅酸鹽玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應:(2)新型無機非金屬材料:如高溫結構陶瓷、超導陶瓷、壓電陶瓷等。

易錯警示(1)玻璃中含有二氧化硅,因此氫氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用玻璃塞而使用橡膠塞。[練一練]1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。(1)合成纖維和光導纖維都是新型無機非金屬材料。(

)(2)水玻璃是一種特殊的玻璃。(

)(3)瓷坩堝可用于加熱熔化燒堿或純堿。(

)(4)普通玻璃、石英玻璃、水泥、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品。(

)(5)硅膠多孔,吸水能力強,常用作袋裝食品的干燥劑和抗氧化劑。(

)×××××2.下列關于材料的敘述中正確的是(

)A.氮化硅陶瓷耐高溫,可用來制造汽車發(fā)動機B.鋼化玻璃屬于新型無機非金屬材料C.水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料都不溶于水,所以硅酸鹽都不溶于水D.新型陶瓷材料種類很多,但是都屬于硅酸鹽A解析

鋼化玻璃是把普通玻璃高溫軟化,迅速降溫獲得的機械強度增大的玻璃,成分還是硅酸鹽,屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料,所以B錯誤;大多數(shù)硅酸鹽難溶于水,但是Na2SiO3是可溶的,所以C錯誤;新型陶瓷中的壓電陶瓷等不屬于硅酸鹽,所以D錯誤。突破命題視角角度一

傳統(tǒng)無機非金屬材料1.(2023·上海靜安區(qū)二模)北京故宮的屋頂有各種顏色的琉璃瓦,其堅實耐用,經(jīng)歷幾百年的風雨洗禮仍能保存完整,下列說法錯誤的是(

)A.琉璃瓦的主要成分是硅酸鹽B.制作琉璃瓦的主要原料是黏土C.琉璃瓦堅實耐用取決于硅酸鹽的結構D.黃色和綠色琉璃瓦中分別含有Fe2+、Cu2+D

解析

琉璃瓦的主要成分是硅酸鹽,故A正確;制作琉璃瓦的主要原料是黏土,故B正確;琉璃瓦堅實耐用取決于硅酸鹽的結構,故C正確;黃色琉璃瓦中可能含有Fe3+,故D錯誤。2.(2023·天津九校聯(lián)考)下列關于無機非金屬材料的說法不正確的是(

)A.傳統(tǒng)無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B.新型無機非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點,但強度比較差C.高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點D.傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分不同B解析

無機非金屬材料分為傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料,包括玻璃、水泥、陶瓷等,故A正確;新型無機非金屬材料如碳化硅等的強度大,故B錯誤;高溫結構陶瓷具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點,故C正確;傳統(tǒng)無機非金屬材料,如水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸鹽,而新型無機非金屬材料,如高溫結構陶瓷、光導纖維等主要成分不是硅酸鹽,故D正確。角度二

新型無機非金屬材料3.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學、材料科學研究的國際熱點課題。其結構模型如圖所示:下列有關說法正確的是(

)A.石墨烯是一種新型化合物B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C.二者和石墨都是碳的同素異形體D.氧化石墨烯具有一定的親水性D解析

石墨烯是碳的單質(zhì),A錯誤;氧化石墨烯含有氫元素,故不是石墨烯的氧化物,也不是碳的同素異形體,B、C錯誤;由于氧化石墨烯結構中含有的羥基和羧基為親水基團,所以它具有一定的親水性,D正確。4.(2023·遼寧縣級重點高中聯(lián)考)近年來,我國科技迅猛發(fā)展,下列科技成果中蘊含的化學知識敘述不正確的是(

)A.建造港珠澳大橋所采用的螺紋鋼屬于合金B(yǎng).中國天眼用到的SiC是新型無機非金屬材料C.芯片的主要成分是單質(zhì)硅D.飛船返回艙使用氮化硅耐高溫結構材料,Si3N4屬于分子晶體D

解析

建造港珠澳大橋所采用的螺紋鋼屬于鐵碳合金,A項正確;SiC的硬度很大,具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能,SiC屬于新型無機非金屬材料,B項正確;利用