2025屆高考化學一輪復習第4章材料家族中的元素第1節(jié)硅無機非金屬材料教案魯科版

PAGE9-第1節(jié)硅無機非金屬材料考綱定位要點網(wǎng)絡1．駕馭硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應用。2．了解硅單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響。3．了解常見的無機非金屬材料。4．了解硅單質(zhì)及其重要化合物的制備方法。Si、SiO2的性質(zhì)及應用學問梳理1．硅的簡介存在形態(tài)化合態(tài)地殼含量其次位晶體硅結構與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結構物理性質(zhì)灰黑色固體，有金屬光澤、熔點高、硬度大、有脆性用途用作半導體材料、硅芯片和硅太陽能電池2.硅的化學性質(zhì)(1)與氫氟酸反應：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(2)與NaOH溶液反應：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(3)與O2反應：Si＋O2eq\o(=,\s\up8(△))SiO2。3．硅的工業(yè)制備與提純(1)流程：石英砂eq\o(→,\s\up10(①焦炭),\s\do8(高溫))Si(粗)eq\o(→,\s\up10(②Cl2),\s\do8(加熱))SiCl4eq\o(→,\s\up10(③H2),\s\do8(高溫))Si(純)。(2)原理：①Si(粗)制備：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑。②Si(粗)提純：Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up8(△))SiCl4；SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si(純)＋4HCl。[辨易錯](1)晶體硅常用作光導纖維。 ()(2)1mol晶體硅中含有2NA個Si—Si鍵。 ()(3)依據(jù)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑可知C的還原性強于Si。 ()(4)碳、硅均可與濃硝酸反應。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×4．二氧化硅(1)化學性質(zhì)(2)用途光導纖維、制光學儀器、電子部件，水晶可制作飾品。[辨易錯](1)CO2、SiO2與NaOH溶液反應均只能生成正鹽。 ()(2)SiO2與NaOH、HF均反應，故SiO2為兩性氧化物。 ()(3)CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，可說明非金屬性C>Si。 ()(4)SiO2是酸性氧化物，與H2O反應生成H2SiO3。 ()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×學問應用1．利用石英和碳為主要原料，設計制備純硅的主要化學過程，并寫出每步化學方程式。[答案]石英(SiO2)eq\o(→,\s\up10(碳C),\s\do8(高溫))粗硅eq\o(→,\s\up10(Cl2),\s\do8(△))SiCl4eq\o(→,\s\up10(H2),\s\do8(△))Si(純)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑Si＋Cl2eq\o(=,\s\up8(△))SiCl4SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up8(△))Si＋4HCl2．用化學方程式回答下列問題：(1)保存燒堿溶液不能用磨口玻璃塞的理由________________________________________________________________________________________。(2)氫氟酸可用于在玻璃器皿上雕刻花紋的理由____________________________________________________________________________________。(3)水煤氣的制備反應方程式____________________________________________________________________________________________________。[答案](1)2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O(2)4HF＋SiO2=SiF4↑＋2H2O(3)C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高溫))CO＋H21．下列說法中正確的是()A．單質(zhì)eq\o(→,\s\up10(O2))氧化物eq\o(→,\s\up10(H2O))酸或堿eq\o(→,\s\up10(NaOH或HCl))鹽，碳、硅單質(zhì)均可以按上述關系進行轉(zhuǎn)化B．若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應實現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)化關系C．在標準狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，溶液中溶質(zhì)有2種D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅的反應中硅元素被氧化C[A項，SiO2與H2O不反應；B項，SiO2不能干脆轉(zhuǎn)化為H2SiO3，H2SiO3也不能干脆轉(zhuǎn)化為Si；D項，SiO2與C反應制取Si，硅元素被還原。]2．(2024·河南期末)下列關于二氧化硅的說法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，故不能與酸反應B．二氧化硅制成的光導纖維，由于導電實力強而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應D．對于2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑中，氧化劑與還原劑質(zhì)量比為1∶2C[A項，SiO2與氫氟酸反應；B項，光導纖維傳導光不導電；D項，反應中氧化劑(SiO2)與還原劑(C)的物質(zhì)的量比為1∶2，質(zhì)量比為60∶24。]3．(2024·湖南六校聯(lián)考)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芯片的主要原料。已知第三代工業(yè)制取多晶硅流程如圖所示：下列說法錯誤的是()A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的過程中焦炭與石英會發(fā)生副反應生成碳化硅，在該副反應中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶1C．SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為H2SiO3、H2、HCl，據(jù)此推想SiHCl3中硅元素的化合價為＋4D．Y與SiHCl3制備多晶硅的反應屬于置換反應B[B項中的反應為3C＋SiO2eq\o(=,\s\up8(△))SiC＋2CO↑，氧化劑與還原劑均為C，二者之比為1∶2。](1)一般狀況，堿性氧化物＋酸→鹽＋水，SiO2是酸性氧化物，卻能與氫氟酸發(fā)生反應：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。但SiO2不是兩性氧化物。(2)一般狀況，較強酸＋較弱酸鹽→較弱酸＋較強酸鹽。雖然酸性：H2CO3>H2SiO3，卻能發(fā)生反應：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Na2SiO3＋CO2↑。其原理犯難揮發(fā)性物質(zhì)制備易揮發(fā)性物質(zhì)。(3)一般狀況，非金屬氧化物與水反應生成相應的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應。(4)Si的還原性強于C，但C能還原SiO2生成Si，且氧化產(chǎn)物為CO：2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑，其緣由是產(chǎn)物CO為氣體，它的放出降低了生成物濃度，促使反應向正反應方向進行。硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料學問梳理1．硅酸與硅酸鹽(1)硅酸留意：硅膠的形成過程及應用①硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為硅膠；②硅膠可用作試驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可用作催化劑的載體。(2)硅酸鹽由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的主要成分。①硅酸鹽的組成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，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(K2Al2Si6O16)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。②硅酸鈉(Na2SiO3)——俗稱泡花堿a．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。b．與較強的酸反應生成硅酸：如Na2SiO3溶液與稀硫酸反應：Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4；與SO2水溶液反應：Na2SiO3＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2SO3。c．用途：黏合劑、耐火阻燃材料。[辨易錯](1)硅酸是一種難溶性酸，與堿液不反應。 ()(2)硅膠是硅酸溶于水后形成的膠體。 ()(3)Na2SiO3可表示為Na2O·SiO2，故Na2SiO3是由Na2O與SiO2混合而成。 ()(4)硅酸鈉溶液、強堿溶液不貯存在帶玻璃塞的試劑瓶中。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料黏土、石灰石純堿、石灰石、石英砂黏土主要設備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫主要成分3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3Na2SiO3，CaSiO3，SiO2硅酸鹽留意：玻璃沒有固定的熔點，是混合物，在某一溫度范圍內(nèi)漸漸軟化，可吹成各種形態(tài)的制品。不是晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)。(2)新型無機非金屬材料①高溫結構陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強的抗化學侵蝕性和電絕緣性等。②生物陶瓷：對機體無排異反應，不會引起代謝作用異樣。③壓電陶瓷：具有壓電效應。④光導纖維：主要成分為SiO2，導光、制作光纜。[辨易錯](1)硅酸鹽材料屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料，光導纖維屬于新型無機非金屬材料。 ()(2)水泥、玻璃、陶瓷的生產(chǎn)原料均有石灰石。 ()(3)光導纖維與石墨均易導電。 ()(4)合成纖維、塑料、石墨烯均為有機高分子材料。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×學問應用(1)高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導纖維，但光導纖維遇強堿會造成信號中斷，緣由是_____________________________________________________________________________________________________________(用化學方程式表示)。(2)熔化純堿時不能選用一般坩堝，理由是___________________________________________________________________________________(用化學方程式表示)。(3)氮化硅是一種新型無機非金屬材料，其化學式為________，其優(yōu)點有__________________________________________________________________。[答案](1)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(2)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(3)Si3N4熔點高，硬度大，化學性質(zhì)穩(wěn)定等◎命題點1硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料1．下列說法不正確的是()A．SiO2能與HF反應，因此可用HF刻蝕玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠C．氮化硅是一種重要的結構陶瓷材料，化學式為Si3N4D．石英是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能干脆轉(zhuǎn)化成電能D[硅是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能干脆轉(zhuǎn)化成電能，石英的主要成分為SiO2，D項不正確。]2．青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一，其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是()A．青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品B．青石棉中含有肯定量的石英晶體C．青石棉的化學組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被還原B[硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；雖然青石棉可用氧化物形式來表示，但不代表含有肯定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反應時，失去3mol電子，而還原產(chǎn)物只有NO，故能使1molHNO3被還原。]3．我國在航天、軍事、天文等領域的發(fā)展備受世界矚目，它們與化學有著親密聯(lián)系。下列說法正確的是()A．“中國天眼”的“眼眶”是鋼鐵結成的圈梁，屬于新型無機非金屬材料B．“殲—20”飛機上大量運用的碳纖維是一種新型有機高分子材料C．“神舟十一號”宇宙飛船返回艙外表面運用的高溫結構陶瓷是新型無機非金屬材料D．“天宮二號”空間試驗室的太陽能電池板的主要材料是二氧化硅C[A項，鋼鐵為金屬材料，錯誤；B項，碳纖維不是有機高分子材料，錯誤；D項，太陽能電池板的主要材料應是硅晶體，錯誤。](1)化學材料的一般分類(2)硅酸鹽氧化物形式的表示模板①氧化物的一般書寫依次：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。②氧化物前系數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。③當系數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時一般應化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8，將eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，寫成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子個數(shù)比不變。◎命題點2硅及其化合物的轉(zhuǎn)化及應用4．已知A是灰黑色的、有金屬光澤的固體單質(zhì)。依據(jù)如圖所示的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關系，回答下列有關問題。(1)寫出B、C兩物質(zhì)的名稱：B________、C________。(2)寫出D→B的化學方程式為__________________________________________________________________________________________________。(3)寫出B→C的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________。(4)D不溶于強酸但可與一種弱酸反應，該反應的化學方程式為_____________________________________________________________________。[解析]由題意知：A為Si，B為Na2SiO3，C為H2SiO3，D為SiO2。[答案](1)硅酸鈉硅酸(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(3)SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3↓(4)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O硅及其化合物之間的常見轉(zhuǎn)化關系[真題驗收]1．(2024·7月浙江選考，T24)Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關性質(zhì)的說法不正確的是()A．可發(fā)生反應：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up8(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，須要密封保存C．能與SO2反應生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiO2D[加熱時氯化銨分解生成HCl和氨氣，HCl與Ca3SiO5反應得到硅酸鈣、氯化鈣和水，A項正確；水泥吸水會變硬，需密封保存，B項正確；Ca3SiO5能與二氧化硫反應得到亞硫酸鈣，C項正確；由上述分析可知，Ca3SiO5與足量鹽酸反應得不到二氧化硅，D項錯誤。]2．(2024·全國卷Ⅰ)陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學有著親密的關系。下列說法錯誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．著名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒結而成C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D．陶瓷化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點A[氧化鐵的顏色為紅棕色，不是青色，A項錯誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒結而成；陶瓷的主要成分是硅