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  • 2021-07-05 发布

2019届一轮复习鲁科版4-1硅无机非金属材料教案

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第章 材料家族中的元素 第1节 硅 无机非金属材料 考纲定位 全国卷5年考情 ‎1.掌握硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。‎ ‎2.了解硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。‎ ‎3.了解常见的无机非金属材料。‎ ‎4.了解硅及其重要化合物的制备方法。‎ ‎2017年:Ⅱ卷T26(2);Ⅲ卷T27(2)‎ ‎2016年:Ⅲ卷T7(D)‎ ‎2015年:Ⅱ卷T7(A)‎ ‎2014年:Ⅰ卷T8(A、C)、T13(D);Ⅱ卷 T7(D)、T10(C)‎ ‎2013年:Ⅰ卷T7(D);Ⅱ卷T9(B)、T10(C)‎ 考点1| Si、SiO2的性质及应用 ‎(对应学生用书第76页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ ‎1.硅元素的原子结构与存在 硅元素在地壳中含量为第二位,在周期表中位置为第3周期ⅣA族,原子结构示意图为,在自然界中只以化合态形式存在,主要存在形式为SiO2和硅酸盐。‎ ‎2.单质硅与半导体材料 ‎(1)Si的物理性质 单质硅有晶体硅和无定形硅两大类,晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽,熔点高、硬度大,有脆性。‎ ‎(2)硅的化学性质 ‎①与氢氟酸反应:Si+4HF===SiF4↑+2H2↑。‎ ‎②与NaOH溶液反应:Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。‎ ‎③与O2反应:Si+O2SiO2。‎ ‎(3)工业制备纯硅(写出有关化学方程式)‎ 提醒:(1)自然界中没有游离态硅,工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅。 (2)Si的还原性强于C,但C能还原SiO2生成Si,且氧化产物为CO:‎2C+SiO2Si+2CO↑,其原因是产物CO为气体,它的放出降低了生成物浓度,促使反应向正反应方向进行。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。‎ ‎3.二氧化硅与光导纤维 ‎(1)二氧化硅 ‎①存在 在自然界中主要存在:沙子、石英、水晶。‎ ‎②物理性质:熔点高,硬度大。‎ ‎③化学性质 ‎④用途 制造电子部件、光学仪器、光导纤维,生产水泥、玻璃等硅酸盐产品,水晶可制作饰品。‎ ‎(2)光导纤维 光导纤维是高性能的现代通讯材料,又可用于能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械制造等方面。‎ 提醒:SiO2既能与HF反应,又能与NaOH溶液反应,但SiO2不是两性氧化物。‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1 硅及其氧化物的主要性质及应用 ‎1.下列说法正确的是________(填序号)。‎ ‎(1)(2016·全国Ⅲ卷)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 ‎(2)(2016·江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现:SiO2SiCl4Si ‎(3)Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化 ‎(4)(2016·上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅 ‎(5)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O体现了SiO2为酸性氧化物的性质 ‎(6)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维,光导纤维能导电 ‎(7)(2015·安徽高考)SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物 ‎(8)(2014·海南高考)Si和SiO2都用于制造光导纤维 ‎(9)(2013·广东高考)SiO2可与HF反应,因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中 ‎(10)存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞,不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3‎ ‎【答案】 (1)(5)(9)(10)‎ ‎2.(2018·临沂模拟)据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是(  )‎ A.二氧化硅溶于水生成硅酸,所以二氧化硅属于酸性氧化物 B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸 C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强 D.水晶是比较纯净的二氧化硅,沙子的主要成分是硅酸盐 B [A项,SiO2与H2O不反应;C项,H2SiO3酸性比H2CO3弱;D项,沙子的主要成分为SiO2。]‎ ‎[易错防范] SiO2的特性认识误区 (1)一般情况下,碱性氧化物与酸反应,酸性氧化物与碱反应,不与酸反应,但SiO2是酸性氧化物,却能与氢氟酸反应:SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸,可以用氢氟酸刻蚀玻璃。,(2)一般情况下,酸性氧化物与水反应能生成相应的酸,如CO2+H2OH2CO3,但SiO2不溶于水,不与水反应。,(3)一般情况下,因为碳酸的酸性比硅酸强,可发生反应,如Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑(原理是:难挥发性物质制备易挥发性物质)。‎ 命题点2 硅的实验室制备探究 ‎3.晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:‎ Ⅰ.高温下用焦炭还原二氧化硅制得粗硅;‎ Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HClSiHCl3+H2;‎ Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000~1 ‎100 ℃‎时反应制得纯硅。‎ 已知:SiHCl3能与H2O剧烈反应,在空气中易自燃。‎ 请回答下列问题: 【导学号:95160073】‎ ‎(1)第Ⅰ步制备粗硅的化学方程式为______________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置略去):‎ ‎①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热,其目的是_________________________________。‎ ‎②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是______________________________‎ ‎________________________________________________________________________;‎ 装置D中发生反应的化学方程式为______________________________。‎ ‎③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及___________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎④SiHCl3的电子式为________,SiHCl3与H2O反应的化学方程式为____________________________。‎ ‎【解析】 (1)常用C和SiO2反应制备粗硅,反应的化学方程式为SiO2+‎2C,Si+2CO↑。‎ ‎(2)①SiHCl3与水发生剧烈反应,因此要避免水进入装置,因此装置B中盛放浓硫酸,吸收H2中混有的水蒸气;装置C中的烧瓶需要加热是为了使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化进入石英管反应。②装置D中发生反应:SiHCl3+H2,Si+3HCl,有灰黑色固体物质生成。③氢气是可燃性气体,与氧气混合容易发生爆炸,因此要排尽装置中的空气。④参考SiCl4的结构,SiHCl3的电子式为;已知SiHCl3与水剧烈反应,在空气中易自燃,说明反应产生可燃性气体:SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑。‎ ‎【答案】 (1)SiO2+‎2C,Si+2CO↑‎ ‎(2)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化进入石英管反应 ‎②有灰黑色固体物质生成 SiHCl3+H2,Si+3HCl ‎③排尽装置中的空气 ‎④ SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl+H2↑(或SiHCl3+4H2O===H4SiO4↓+3HCl+H2↑)‎ ‎[思维建模] 工业制硅的一般流程 考点2| 硅酸及其盐和无机非金属材料 ‎(对应学生用书第78页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ ‎1.硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)‎ 提醒:硅胶制备 硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶,经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,称为硅胶。‎ ‎2.硅酸盐 由硅、氧和金属组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。‎ ‎(1)硅酸钠 ‎①白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称水玻璃,有黏性,水溶液显碱性。‎ ‎②与酸性较硅酸强的酸反应 a.与盐酸反应的化学方程式:Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓。‎ b.与SO2的水溶液反应的离子方程式:‎ SiO+SO2(少量)+H2O===H2SiO3↓+SO。‎ ‎③用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。‎ ‎(2)硅酸盐的组成 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2,长石(K2Al2Si6O16)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。‎ 提醒:‎ ‎(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构,切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。 (2)硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐是硅酸钠,其水溶液称为泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液。硅胶(mSiO2·nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。‎ ‎3.无机非金属材料 ‎(1)传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 黏土、石灰石 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 生产条件 高温 ‎(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。‎ ‎(3)特殊功能的含硅物质 ‎①碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。‎ ‎②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。‎ ‎③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。‎ 提醒:玻璃生产中的两个重要反应:‎ Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;‎ CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1 硅酸及其盐和无机非金属材料 ‎1.下列说法正确的是________(填序号)。‎ ‎(1)(2015·全国Ⅱ卷)硅胶可用作食品干燥剂 ‎(2)(2014·全国Ⅰ卷)如图:①中为浓硝酸,②中为Na2CO3,③中为Na2SiO3溶液,可证明酸性:硝酸>碳酸>硅酸 ‎(3)(2012·全国卷)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 ‎(4)陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐 ‎(5)(2016·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化 ‎(6)(2016·四川高考)pH=2的溶液中可能大量存在Na+、NH、SiO ‎(7)(2016·江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式:Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+‎ ‎(8)(2015·山东高考)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式:SiO+SO2+H2O===H2SiO3↓+SO ‎(9)(2015·重庆高考)烧结黏土制陶瓷,不涉及化学反应 ‎【答案】 (1)(5)‎ ‎2.青石棉是一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一,其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀HNO3溶液处理时,还原产物只有NO,下列说法不正确的是(  ) ‎ ‎【导学号:95160074】‎ A.青石棉是一种硅酸盐材料 B.青石棉中含有一定量的石英晶体 C.青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D.1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原 B [青石棉是一种硅酸盐,硅元素以盐的形式存在,不含有SiO2晶体。]‎ ‎[方法技巧] 硅酸盐氧化物形式的表示方法)‎ (1)氧化物的一般书写顺序:活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。(2)氧化物前系数的配置原则:除氧元素外,其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数,且不同氧化物间以“·”隔开。(3)当系数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石:KAlSi3O8将K2O·Al2O3·3SiO2,写成K2O·Al2O3·6SiO2,但原子个数比不变。‎ 命题点2 硅及其化合物的转化关系及应用 ‎3.SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质。下列说法正确的是 (  )‎ A.图中所有反应都不属于氧化还原反应 ‎ B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制造光导纤维 C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的,其熔点很高 C [图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3反应不属于氧化还原反应,SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应,A错误;光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐,B错误;玻璃没有固定的熔点,D错误。]‎ ‎4.已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系,回答下列有关问题。‎ ‎(1)写出B、C两物质的名称:B________、C________。‎ ‎(2)写出D→B的化学方程式:__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)写出B→C的离子方程式:_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)(2017·全国Ⅱ卷)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为_________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】 由题意知:A为Si,B为Na2SiO3,C为H2SiO3,D为SiO2。‎ ‎【答案】 (1)硅酸钠 硅酸 (2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (3)SiO+H2O+CO2===CO+H2SiO3↓‎ ‎(4)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O ‎[题后归纳] 硅及其化合物之间的常见转化关系)‎