2025版高考化學(xué)全程一輪復(fù)習(xí)第24講硅無機(jī)非金屬材料課件

第24講硅無機(jī)非金屬材料1.掌握硅和二氧化硅的性質(zhì)及應(yīng)用，了解高純硅的制備。2．知道無機(jī)非金屬材料等常見材料類型，結(jié)合實(shí)例認(rèn)識(shí)材料組成、性能及應(yīng)用的聯(lián)系。考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)一1.硅單質(zhì)(1)存在：硅單質(zhì)主要有晶體和無定形兩大類。(2)硅的工業(yè)制法及提純涉及的化學(xué)方程式：①_________________________________________________________；②_________________________________________________________；③_________________________________________________________。(3)用途：①良好的半導(dǎo)體材料；②太陽能電池；③計(jì)算機(jī)芯片。

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OSiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(4)用途：光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件等?！疽族e(cuò)診斷】判斷正誤，錯(cuò)誤的說明理由。1．12C、13C、14C是碳的三種同素異形體：___________________________________________________________。2．金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)：___________________________________________________________。3．Si是半導(dǎo)體材料，可用于制作太陽能電池：___________________________________________________________。4．SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水，也可以和氫氟酸反應(yīng)，所以SiO2是兩性氧化物：___________________________________________________________。錯(cuò)誤。12C、13C、14C是碳的三種同位素。錯(cuò)誤。金剛石和石墨互為同素異形體，化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)不同。正確。錯(cuò)誤。SiO2與氫氟酸反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O無鹽生成，故SiO2是酸性氧化物。

答案：B

【師說·延伸】硅及其常見化合物之間的轉(zhuǎn)化

其中正確的是(

)a．反應(yīng)①中SiO2作為玻璃的成分被消耗，用于刻蝕玻璃b．反應(yīng)②中SiO2表現(xiàn)出氧化性c．反應(yīng)③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性d．反應(yīng)④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性的酸酐的道理e．反應(yīng)⑤中SiO2未參加氧化還原反應(yīng)A．a(chǎn)ceB．bdeC．cdeD．a(chǎn)b答案：B解析：通常用氫氟酸來刻蝕玻璃，與之對(duì)應(yīng)的反應(yīng)是③，因此a、c判斷錯(cuò)誤；反應(yīng)②是一個(gè)置換反應(yīng)，其中二氧化硅被還原，表現(xiàn)出氧化性，b判斷正確；反應(yīng)④是一個(gè)復(fù)分解反應(yīng)，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(yīng)⑤中碳的化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)椋?和＋2價(jià)，硅的化合價(jià)和氧的化合價(jià)都沒有改變，因此二氧化硅沒有參加氧化還原反應(yīng)，e判斷也正確。2．化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在探究硅的制取方法時(shí)，從資料查閱到下列信息：Ⅰ.Mg在高溫條件下可與SiO2反應(yīng)；Ⅱ.金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽和SiH4；Ⅲ.SiH4在空氣中自燃。他們根據(jù)信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)獲得的固體產(chǎn)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花；然后過濾、洗滌、干燥；最后稱量、計(jì)算，測得其產(chǎn)率只有預(yù)期值的63%左右。①第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________________________________________________。

②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)獲得固體產(chǎn)物時(shí)，產(chǎn)生爆鳴聲和火花的原因是___________________________________________________。硅化鎂與稀硫酸反應(yīng)生成的SiH4可自燃，即發(fā)生反應(yīng)Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O考向二高純硅的制備3．制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：(1)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：___________________________________________________________。(2)整個(gè)制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式：________________________________；H2還原SiHCl3過程中若混有O2，可能引起的后果是_____________________________________________。

SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸考點(diǎn)二

水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯Na2SiO3＋CO2↑CaSiO3＋CO2↑3．新型無機(jī)非金屬材料(1)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。(2)碳納米材料①類型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。②用途：在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。(3)特殊功能的含硅材料①碳化硅共價(jià)晶體，具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。【易錯(cuò)診斷】判斷正誤，錯(cuò)誤的說明理由。1．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽：___________________________________________________________。2．碳化硅俗稱金剛砂，它可用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的制作：___________________________________________________________。3．壓電陶瓷能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化：___________________________________________________________。4．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品：___________________________________________________________。錯(cuò)誤。沙子的主要成分為二氧化硅。正確。正確。

錯(cuò)誤。使用陶瓷比使用玻璃早?！窘炭笺暯印康淅?[2022·河北卷，1]定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說法正確的是(

)A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料B．陶瓷主要成分為SiO2和MgOC．陶瓷燒制的過程為物理變化D．白瓷的白色是因鐵含量較高答案：A解析：陶器瓷器是用黏土等無機(jī)非金屬礦物為原料制作而成的，陶瓷是良好的絕緣體，傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料，常用于高壓變壓器的開關(guān)外包裝和器件，故A正確；陶瓷的主要成分為硅酸鹽，而不是氧化物，因此主要成分不是SiO2和MgO，故B錯(cuò)誤；陶瓷燒制過程發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，有新物質(zhì)生成，屬于化學(xué)變化，故C錯(cuò)誤；Fe2＋、Fe3＋和鐵的氧化物均有顏色，白瓷的白色是因?yàn)殍F含量較低甚至幾乎不含，故D錯(cuò)誤；故選A。

答案：D解析：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；由分析可知，Ca3SiO5與足量鹽酸反應(yīng)得到H2SiO3沉淀，

D項(xiàng)錯(cuò)誤。【對(duì)點(diǎn)演練】考向一傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料1．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：下列說法正確的是(

)A．原材料稻殼灰價(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值B．操作A與操作B完全相同C．該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生改變D．反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)答案：A解析：A項(xiàng)，稻殼灰來源廣泛，價(jià)格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正確；B項(xiàng)，操作A為過濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，二氧化硅中硅元素的化合價(jià)是＋4價(jià)，硅酸鈉中硅元素的化合價(jià)也是＋4價(jià)，所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒有發(fā)生改變，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反應(yīng)沒有元素化合價(jià)的變化，屬于非氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤。2．世博會(huì)中國館——“東方之冠”由鋼筋、混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。(1)鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，原因分別為：___________________________________、_________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是________。制備普通玻璃的主要反應(yīng)方程式為___________________________________________________________(任寫一個(gè))。2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O石灰石

(3)石英玻璃化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、膨脹系數(shù)小，是一種特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化學(xué)式)。(4)要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是________(填字母)。A．普通玻璃坩堝

B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝

D．鐵坩堝SiO2D考向二新型無機(jī)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(xué)、材料科學(xué)研究的國際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示：下列有關(guān)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答案：D解析：石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯(cuò)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(cuò)誤；由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基和羧基等親水基團(tuán)，所以它具有一定的親水性，D正確。4．氮化硅可用作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料，在航空航天、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由石英砂合成氮化硅粉末的路線如圖所示：其中—NH2中各元素的化合價(jià)與NH3相同。請(qǐng)回答下列問題：(1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學(xué)方程式表示其原因：______________________________________________。(2)圖示①～⑤的變化中，屬于氧化還原反應(yīng)的是________(填序號(hào))。