广东省2021版高考化学一轮复习第四单元第1节无机非金属材料的主角--硅课件 人教版 41页

第 1 节　无机非金属材料的主角 —— 硅 - 2 - - 3 - 自主预诊 考向突破 　 碳、硅单质及氧化物的性质和用途 1 . 碳、硅原子结构、单质的物理性质与用途 化合态 游离态 化合态 高 大 不导 高 大 - 4 - 自主预诊 考向突破 微点拨 (1) 碳元素的同素异形体因结构不同导致物理性质不同 , 但化学性质相似。 (2) 同素异形体之间的转化是化学变化 , 但不是氧化还原反应。 金刚石 石墨 半导体 - 5 - 自主预诊 考向突破 2 . 碳、硅单质的化学性质 CO 2 2CO CO 2 ↑+2Cu 2CO CO+H 2 CO 2 ↑+2SO 2 ↑+2H 2 O CO 2 ↑+4NO 2 ↑+2H 2 O - 6 - 自主预诊 考向突破 Si+2NaOH+H 2 O=Na 2 SiO 3 +2H 2 ↑ - 7 - 自主预诊 考向突破 3 . 硅的制备及提纯 (1) 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 : - 8 - 自主预诊 考向突破 4 . 二氧化碳与二氧化硅的比较 - 9 - 自主预诊 考向突破 Na 2 SiO 3 +H 2 O Na 2 CO 3 +H 2 O NaHCO 3 - 10 - 自主预诊 考向突破 Na 2 SiO 3 +CO 2 ↑ CaSiO 3 +CO 2 ↑ CaCO 3 ↓+2HClO 2NaHCO 3 CaSiO 3 Na 2 CO 3 光导纤维 - 11 - 自主预诊 考向突破 微点拨 (1)CO 2 与水反应生成 H 2 CO 3 , 但 SiO 2 不溶于水 , 不能用 SiO 2 与水反应制备硅酸。 (2) 虽然 SiO 2 既能与酸 (HF) 反应 , 又能与碱 (NaOH) 反应 , 但 SiO 2 不是两性氧化物。 - 12 - 自主预诊 考向突破 5 . 硅及其氧化物的特性 - 13 - 自主预诊 考向突破 - 14 - 自主预诊 考向突破 自我诊断 1 . 自然界中有硅单质吗 ? 2 . 从元素周期表的位置看 , 硅的还原性比碳强 , 但碳能与 SiO 2 反应制取 Si, 试从化学平衡的角度解释该反应发生的原因。 提示 : 没有 , 因为硅有很强的亲氧性 , 在地壳中硅与氧极易结合 , 因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。 - 15 - 自主预诊 考向突破 3 . 判断正误 , 正确的打 “ √ ”, 错误的打 “×” 。 (1) 12 C 、 13 C 、 14 C 是碳的三种同素异形体。 ( 　　 ) (2) 金刚石和石墨由相同的元素组成 , 因此它们具有相同的性质。 ( 　　 ) (3) 石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。 ( 　　 ) (4) 向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。 ( 　　 ) (5) 向 CaCl 2 溶液中通入 CO 2 气体 , 溶液变浑浊 , 继续通入 CO 2 至过量 , 浑浊消失。 ( 　　 ) (6) 向氨化的饱和食盐水中通入足量的 CO 2 气体 , 会析出晶体。 ( 　　 ) 答案 : (1)× 　 (2)× 　 (3)× 　 (4)× 　 (5)× 　 (6) √ - 16 - 自主预诊 考向突破 4 .(1) 下列物质能与单质硅发生化学反应的是 　　　　 。   ① 浓硝酸　 ② 水　 ③ 浓硫酸　 ④ 氢氟酸　 ⑤ NaOH 溶液　 ⑥ 氟气　 ⑦ 氯气 (2) 下列事实能说明非金属性 C>Si 的是 　　　　　 。   ① 硬度 : 金刚石 > 晶体硅　 ② 熔、沸点 :SiO 2 >CO 2 　 ③ 酸性 :H 2 CO 3 >H 2 SiO 3 　 ④ 稳定性 :CH 4 >SiH 4 　 ⑤ CO 2 通入 Na 2 SiO 3 溶液中产生白色沉淀　 ⑥ 高温下 SiO 2 能与 Na 2 CO 3 反应　 ⑦ 相同条件下 , 碱性 :Na 2 SiO 3 (aq)>Na 2 CO 3 (aq) 答案 : (1) ④⑤⑥⑦ 　 (2) ③④⑤⑦ - 17 - 自主预诊 考向突破 考向 1 　 碳、硅及其氧化物的性质和用途 典例 ❶ (2019 高考题组合改编 ) 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅 B.CO 2 、 SiO 2 都能与碱及碱性氧化物反应 C.CO 2 溶于水和干冰升华都只有分子间作用力改变 D. 石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成 , 也有分子间作用力的破坏 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 18 - 自主预诊 考向突破 归纳总结 碳酸虽然是一种弱酸 , 但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强 , 将 CO 2 气体通入 Na 2 SiO 3 、 NaClO 、 NaAlO 2 盐溶液中 , 均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸 ( 氢 ) 盐 , 这是 “ 强酸制弱酸 ” 原理的应用。如 - 19 - 自主预诊 考向突破 对点演练 1 下列说法中不正确的是 ( 　　 ) A. 石墨可导电 , 在一定条件下可与 SiO 2 反应 B. 二氧化硅是硅酸的酸酐 , 但不能用它和水直接反应来制取硅酸 C. 硅的化学性质不活泼 , 但在常温下也可和某些物质反应 D. 碳、硅的氧化物均能与 NaOH 溶液反应 答案 解析 解析 关闭 A 、 B 项正确 ; 硅在常温下能与氢氟酸反应 ,C 项正确 ;CO 不溶于水 , 也不能与 NaOH 溶液反应 ,D 项错误。 答案 解析 关闭 D - 20 - 自主预诊 考向突破 考向 2 　 硅的制备 典例 ❷ (2020 江西上饶月考 ) 光纤通信是利用光导纤维传送信号的一种通信手段 , 合成光导纤维及氮化硅 ( 一种无机涂层 ) 的工艺流程如下 : - 21 - 自主预诊 考向突破 回答下列问题 : (2) 经反应 Ⅱ 所得的四氯化硅粗品中所含的物质如下 : 图中 “ 操作 X” 的名称为 　　　　　 ;PCl 3 的电子式为 　　　　　　　　　　 。   - 22 - 自主预诊 考向突破 (3) 制取盐酸 ( 或其他合理答案 ) 　 0.25 - 23 - 自主预诊 考向突破 (2) 根据表中数据可知物质的沸点相差较大 , 因此图中 “ 操作 X” 的名称为精馏 ( 或蒸馏或分馏 );PCl 3 是共价化合物 , 其电子式为 (3) 根据方程式可知反应 Ⅲ 和 Ⅳ 中的尾气是氯化氢 , 用途为制取盐酸。根据方程式可知反应中四氯化硅过量 , 生成氯化氢是 3 mol, 浓度是 3 mol ÷ 2 L=1.5 mol · L -1 , 则 0~6 min 内 ,HCl 的平均反应速率为 1.5 mol · L -1 ÷ 6 min=0.25 mol · (L · min) -1 。 - 24 - 自主预诊 考向突破 对点演练 2 (2020 湖北广水一中月考 ) 由二氧化硅制高纯硅的流程如下 , 下列判断中错误的是 ( 　　 ) A. ①②③ 均属于氧化还原反应 B.H 2 和 HCl 均可循环利用 C.SiO 2 是一种坚硬难熔的固体 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 25 - 自主预诊 考向突破 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料 1 . 硅酸 不 弱 Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3 ↓ Na 2 SiO 3 +2HCl=2NaCl+H 2 SiO 3 ↓ - 26 - 自主预诊 考向突破 2 . 硅酸盐 (1) 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 , 是构成地壳岩石的重要成分。 (2) 硅酸盐组成的表示方法 : 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 (Na 2 SiO 3 ) 可表示为 　　　　　　　 , 长石 (KAlSi 3 O 8 ) 可表示为 　　　　　　　　　 。   (3) 硅酸钠。 ① 硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体 , 其水溶液俗称 　　　　　 , 有黏性 , 水溶液显碱性。   ② 硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应 : a. 与盐酸反应的化学方程式为 b. 与 CO 2 水溶液反应的化学方程式为 ③ 用途 : 黏合剂 ( 矿物胶 ), 耐火阻燃材料。 Na 2 O·SiO 2 K 2 O·Al 2 O 3 ·6SiO 2 　 水玻璃 Na 2 SiO 3 +2HCl=2NaCl+H 2 SiO 3 ↓ Na 2 SiO 3 +H 2 O+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 SiO 3 ↓ - 27 - 自主预诊 考向突破 微点拨 (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 , 其水溶液称为水玻璃。硅胶 ( m SiO 2 ·n H 2 O) 是一种很好的无毒干燥剂。 - 28 - 自主预诊 考向突破 3 . 无机非金属材料的分类 - 29 - 自主预诊 考向突破 4 . 常见的硅酸盐材料 微点拨 (1) 玻璃中含有二氧化硅 , 因此氢氟酸可用于雕刻玻璃 , 盛放氢氟酸不能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胶塞。 石灰石 纯碱 石灰石 - 30 - 自主预诊 考向突破 5 . 新型无机非金属材料 - 31 - 自主预诊 考向突破 自我诊断 1 . 实验室中要熔化烧碱固体 , 现有三种坩埚 : 石英坩埚、陶瓷坩埚及铁坩埚。你认为选哪一种 ? 提示 : 选择铁坩埚。铁不与烧碱反应 , 而制备石英坩埚、陶瓷坩埚的材料中都含有 SiO 2 , 能与 NaOH 反应使得坩埚受损。 - 32 - 自主预诊 考向突破 2 . 判断正误 , 正确的打 “ √ ”, 错误的打 “×” (1) 硅在自然界中只以化合态的形式存在。 ( 　　 ) (2) 晶体硅熔点高、硬度大 , 故可用于制作半导体材料。 ( 　　 ) (3)Si 和 SiO 2 都可用于制造光导纤维。 ( 　　 ) (4) 非金属性 :C>Si, 则热稳定性 :CH 4 >SiH 4 。 ( 　　 ) (5) 硅的化学性质不活泼 , 常温下不与任何物质反应。 ( 　　 ) (6)SiO 2 是酸性氧化物 , 可溶于强碱 ( 如 NaOH) 溶液 , 不溶于任何酸。 ( 　　 ) (7) 玻璃是一种晶体 , 有较高的熔点。 ( 　　 ) (8) 水玻璃是一种特殊的玻璃 , 泡花碱属于碱。 ( 　　 ) 答案 : (1) √ 　 (2)× 　 (3)× 　 (4) √ 　 (5)× 　 (6)× 　 (7)× (8)× - 33 - 自主预诊 考向突破 3 .(2020 湖南株洲月考 ) 平昌冬奥会 “ 北京 8 分钟 ” 主创团队用石墨烯制作了 -20 ℃ 能发热 4 h 的智能服饰 ; 用铝合金管材和碳纤维制作了高 2.35 m, 重量仅为 10 kg 的熊猫木偶 , 向世界展现了新时代的中国形象。下列说法中 , 不正确的是 ( 　　 ) A. 石墨烯是能导热的金属材料 B. 铝合金是密度较小的金属材料 C. 碳纤维是耐低温的无机非金属材料 D. 新型材料种类多、用途广 答案 解析 解析 关闭 石墨烯是无机非金属材料 ,A 错误 ; 铝合金是密度较小的金属材料 ,B 正确 ; 石墨烯可制作 -20 ℃能发热 4h 的服饰 , 能耐低温 ,C 正确 ; 新型材料种类多、用途广 ,D 正确。 答案 解析 关闭 A - 34 - 自主预诊 考向突破 考向 1 　 硅酸、硅酸盐的组成、性质 典例 ❶ 青石棉 (crocidolite) 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 Na 2 Fe 5 Si 8 O 22 (OH) 2 。青石棉用稀硝酸处理时 , 还原产物只有 NO, 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 青石棉是一种硅酸盐产品 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 Na 2 O·3FeO·Fe 2 O 3 ·8SiO 2 ·H 2 O D.1 mol 青石棉能使 1 mol HNO 3 被还原 答案 解析 解析 关闭 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素 ( 主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等 ) 结合而成的化合物的总称 , 故青石棉是一种硅酸盐产品 ; 青石棉是一种纯净物 , 不可能含有一定量的石英晶体 ;1 mol Na 2 O · 3FeO · Fe 2 O 3 · 8SiO 2 · H 2 O 跟足量硝酸反应时 , 失去 3 mol 电子 , 而还原产物只有 NO, 故 1 mol 青石棉能使 1 mol HNO 3 被还原。 答案 解析 关闭 B - 35 - 自主预诊 考向突破 方法技巧 硅酸盐改写成氧化物形式的方法 (1) 氧化物的书写顺序 : 活泼金属氧化物 → 较活泼金属氧化物 → 二氧化硅 → 水。 (2) 氧化物前计量数的配置原则 : 按配置前后原子个数守恒原则配置各氧化物的计量数 , 并写在相应氧化物前面 , 且不同氧化物之间以 “ · ” 隔开。写成氧化物后 , 原化学式中的各元素、原子的个数比应保持不变。 (3) 当氧化物计量数出现分数时应化为整数 , 如钾长石 :KAlSi 3 O 8 - 36 - 自主预诊 考向突破 对点演练 1 (2020 陕西宝鸡模拟 ) 下列各组物质中 , 均属于硅酸盐工业产品的是 ( 　　 ) A. 陶瓷、水泥 B. 水玻璃、玻璃钢 C. 单晶硅、光导纤维 D. 石膏、石英玻璃 答案 解析 解析 关闭 制陶瓷的主要原料是粘土 , 制备水泥主要原料是石灰石和粘土 , 都通过高温加热 ; 水泥的主要成分为 3CaO · SiO 2 、 2CaO · SiO 2 和 3CaO · Al 2 O 3 , 陶瓷、水泥属于硅酸盐工业产品 , 故 A 正确 ; 水玻璃是硅酸钠的水溶液 , 玻璃钢即纤维强化塑料 , 不属于硅酸盐产品 , 故 B 错误 ; 单晶硅是硅单质 , 光导纤维主要成分为二氧化硅 , 故 C 错误 ; 石膏的主要成分是硫酸钙 , 石英玻璃主要成分为二氧化硅 , 故 D 错误。 答案 解析 关闭 A - 37 - 自主预诊 考向突破 考向 2 　 常见无机非金属材料及其主要用途 典例 ❷ (2019 北京卷 ) 下列我国科研成果所涉及材料中 , 主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是 ( 　　 ) 答案 解析 解析 关闭 碳和硅同为第Ⅳ A 族非金属元素 ,A 正确 ; 聚氨酯含有的 C 、 H 、 O 、 N 不属于同主族元素 ,B 错误 ; 碳包覆银纳米线含有 Ag 、 C,Ag 、 C 不属于同主族元素 ,C 错误 ; 钛合金筛选网轮由钛合金制成 , 钛不属于主族元素 ,D 错误。 答案 解析 关闭 A - 38 - 自主预诊 考向突破 对点演练 2 (2020 河北正定月考 ) 有些科学家提出硅是 “21 世纪的能源 ”, 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 晶体硅具有半导体性质 , 可用于生产光导纤维 B. 玻璃中含有的 SiO 2 可与 NaOH 溶液反应 , 故常用 NaOH 溶液雕刻玻璃纹饰 C. 陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料 D. 硅酸盐 Na 2 Fe 2 Si 3 O 9 用氧化物的形式可表示为 Na 2 O·2FeO·3SiO 2 答案 解析 解析 关闭 晶体硅具有半导体性质 , 可用于生产电脑芯片 , 二氧化硅可用于制造光导纤维 ,A 不正确 ; 玻璃中含有的 SiO 2 可与 NaOH 溶液反应 , 但不能用 NaOH 溶液雕刻玻璃纹饰 ,B 不正确 ; 陶瓷、水泥属于硅酸盐材料 , 石英玻璃的主要成分是二氧化硅 ,C 不正确 ; 硅酸盐 Na 2 Fe 2 Si 3 O 9 可用氧化物的形式表示为 Na 2 O · 2FeO · 3SiO 2 ,D 正确。 答案 解析 关闭 D - 39 - 自主预诊 考向突破 网络构建 - 40 - 自主预诊 考向突破 核心速记 1. 牢记几种物质的重要用途 : Si—— 半导体材料、太阳能电池板。 SiO 2 —— 光导纤维。 H 2 SiO 3 —— 硅胶可用作干燥剂。 Na 2 SiO 3 ( 水玻璃 )—— 黏合剂、耐火阻燃材料。 - 41 - 自主预诊 考向突破 2 . 熟记 7 个主要反应 :