2025屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第4章材料家族中的元素第1節(jié)硅無(wú)機(jī)非金屬材料教案魯科版

PAGE9-第1節(jié)硅無(wú)機(jī)非金屬材料考綱定位要點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)1．駕馭硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2．了解硅單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。3．了解常見(jiàn)的無(wú)機(jī)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(yīng)用學(xué)問(wèn)梳理1．硅的簡(jiǎn)介存在形態(tài)化合態(tài)地殼含量其次位晶體硅結(jié)構(gòu)與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)灰黑色固體，有金屬光澤、熔點(diǎn)高、硬度大、有脆性用途用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池2.硅的化學(xué)性質(zhì)(1)與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(2)與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(3)與O2反應(yīng)：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(cuò)](1)晶體硅常用作光導(dǎo)纖維。 ()(2)1mol晶體硅中含有2NA個(gè)Si—Si鍵。 ()(3)依據(jù)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Si＋2CO↑可知C的還原性強(qiáng)于Si。 ()(4)碳、硅均可與濃硝酸反應(yīng)。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×4．二氧化硅(1)化學(xué)性質(zhì)(2)用途光導(dǎo)纖維、制光學(xué)儀器、電子部件，水晶可制作飾品。[辨易錯(cuò)](1)CO2、SiO2與NaOH溶液反應(yīng)均只能生成正鹽。 ()(2)SiO2與NaOH、HF均反應(yīng)，故SiO2為兩性氧化物。 ()(3)CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，可說(shuō)明非金屬性C>Si。 ()(4)SiO2是酸性氧化物，與H2O反應(yīng)生成H2SiO3。 ()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×學(xué)問(wèn)應(yīng)用1．利用石英和碳為主要原料，設(shè)計(jì)制備純硅的主要化學(xué)過(guò)程，并寫出每步化學(xué)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(xué)方程式回答下列問(wèn)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(yīng)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(shuō)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(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化B．若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過(guò)一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系C．在標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)中硅元素被氧化C[A項(xiàng)，SiO2與H2O不反應(yīng)；B項(xiàng)，SiO2不能干脆轉(zhuǎn)化為H2SiO3，H2SiO3也不能干脆轉(zhuǎn)化為Si；D項(xiàng)，SiO2與C反應(yīng)制取Si，硅元素被還原。]2．(2024·河南期末)下列關(guān)于二氧化硅的說(shuō)法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，故不能與酸反應(yīng)B．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電實(shí)力強(qiáng)而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時(shí)發(fā)生反應(yīng)D．對(duì)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(xiàng)，SiO2與氫氟酸反應(yīng)；B項(xiàng)，光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光不導(dǎo)電；D項(xiàng)，反應(yīng)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(yáng)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(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅的過(guò)程中焦炭與石英會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生成碳化硅，在該副反應(yīng)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(jià)為＋4D．Y與SiHCl3制備多晶硅的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)B[B項(xiàng)中的反應(yīng)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(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。但SiO2不是兩性氧化物。(2)一般狀況，較強(qiáng)酸＋較弱酸鹽→較弱酸＋較強(qiáng)酸鹽。雖然酸性：H2CO3>H2SiO3，卻能發(fā)生反應(yīng)：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(yīng)生成相應(yīng)的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。(4)Si的還原性強(qiáng)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(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。硅酸、硅酸鹽和無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)問(wèn)梳理1．硅酸與硅酸鹽(1)硅酸留意：硅膠的形成過(guò)程及應(yīng)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(yàn)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(gòu)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(zhǎng)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(qiáng)的酸反應(yīng)生成硅酸：如Na2SiO3溶液與稀硫酸反應(yīng)：Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4；與SO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2SO3。c．用途：黏合劑、耐火阻燃材料。[辨易錯(cuò)](1)硅酸是一種難溶性酸，與堿液不反應(yīng)。 ()(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(qiáng)堿溶液不貯存在帶玻璃塞的試劑瓶中。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．無(wú)機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)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(shè)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(méi)有固定的熔點(diǎn)，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(wú)機(jī)非金屬材料①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。②生物陶瓷：對(duì)機(jī)體無(wú)排異反應(yīng)，不會(huì)引起代謝作用異樣。③壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)。④光導(dǎo)纖維：主要成分為SiO2，導(dǎo)光、制作光纜。[辨易錯(cuò)](1)硅酸鹽材料屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，光導(dǎo)纖維屬于新型無(wú)機(jī)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(dǎo)纖維與石墨均易導(dǎo)電。 ()(4)合成纖維、塑料、石墨烯均為有機(jī)高分子材料。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×學(xué)問(wèn)應(yīng)用(1)高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導(dǎo)纖維，但光導(dǎo)纖維遇強(qiáng)堿會(huì)造成信號(hào)中斷，緣由是_____________________________________________________________________________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(2)熔化純堿時(shí)不能選用一般坩堝，理由是___________________________________________________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(3)氮化硅是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，其化學(xué)式為________，其優(yōu)點(diǎn)有__________________________________________________________________。[答案](1)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(2)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(3)Si3N4熔點(diǎn)高，硬度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等◎命題點(diǎn)1硅酸、硅酸鹽和無(wú)機(jī)非金屬材料1．下列說(shuō)法不正確的是()A．SiO2能與HF反應(yīng)，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(jié)構(gòu)陶瓷材料，化學(xué)式為Si3N4D．石英是良好的半導(dǎo)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(dǎo)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(xiàng)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(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO，下列說(shuō)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(xué)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(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)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(lái)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(yīng)時(shí)，失去3mol電子，而還原產(chǎn)物只有NO，故能使1molHNO3被還原。]3．我國(guó)在航天、軍事、天文等領(lǐng)域的發(fā)展備受世界矚目，它們與化學(xué)有著親密聯(lián)系。下列說(shuō)法正確的是()A．“中國(guó)天眼”的“眼眶”是鋼鐵結(jié)成的圈梁，屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料B．“殲—20”飛機(jī)上大量運(yùn)用的碳纖維是一種新型有機(jī)高分子材料C．“神舟十一號(hào)”宇宙飛船返回艙外表面運(yùn)用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷是新型無(wú)機(jī)非金屬材料D．“天宮二號(hào)”空間試驗(yàn)室的太陽(yáng)能電池板的主要材料是二氧化硅C[A項(xiàng)，鋼鐵為金屬材料，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，碳纖維不是有機(jī)高分子材料，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，太陽(yáng)能電池板的主要材料應(yīng)是硅晶體，錯(cuò)誤。](1)化學(xué)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(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。③當(dāng)系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)一般應(yīng)化為整數(shù)。如正長(zhǎng)石：KAlSi3O8，將eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，寫成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子個(gè)數(shù)比不變?！蛎}點(diǎn)2硅及其化合物的轉(zhuǎn)化及應(yīng)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(guān)系，回答下列有關(guān)問(wèn)題。(1)寫出B、C兩物質(zhì)的名稱：B________、C________。(2)寫出D→B的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________。(3)寫出B→C的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________。(4)D不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)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(jiàn)轉(zhuǎn)化關(guān)系[真題驗(yàn)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(guān)性質(zhì)的說(shuō)法不正確的是()A．可發(fā)生反應(yīng)：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(yīng)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(shí)氯化銨分解生成HCl和氨氣，HCl與Ca3SiO5反應(yīng)得到硅酸鈣、氯化鈣和水，A項(xiàng)正確；水泥吸水會(huì)變硬，需密封保存，B項(xiàng)正確；Ca3SiO5能與二氧化硫反應(yīng)得到亞硫酸鈣，C項(xiàng)正確；由上述分析可知，Ca3SiO5與足量鹽酸反應(yīng)得不到二氧化硅，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]2．(2024·全國(guó)卷Ⅰ)陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著親密的關(guān)系。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色，來(lái)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?zé)Y(jié)而成C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)A[氧化鐵的顏色為紅棕色，不是青色，A項(xiàng)錯(cuò)誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成；陶瓷的主要成分是硅