高考化学总复习 第四章第1节 硅 无机非金属材料优化课件 鲁科版

第四章材料家族中的元素第四章材料家族中的元素 第四章第四章材料家族中的元素材料家族中的元素第第1节节硅硅无机非金属材料无机非金属材料2 0 1 32 0 1 3 高 考 导 航高 考 导 航考纲要求考纲要求1.了解硅元素单质及其重要化合物的了解硅元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。主要性质及应用。2.了解硅元素单质及其重要化合物对了解硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。环境质量的影响。3.硅元素单质及化合物的综合应用。硅元素单质及化合物的综合应用。4.传统、新型无机非金属材料的区别、传统、新型无机非金属材料的区别、特性和主要应用。特性和主要应用。命题热点命题热点1.SiO2与与CO2的性质差异。的性质差异。2.硅单质及其化合物的实验探究及物硅单质及其化合物的实验探究及物质推断。质推断。3.以现代科学、技术为载体，考查传以现代科学、技术为载体，考查传统、新型无机非金属材料的区别、特统、新型无机非金属材料的区别、特性。性。教材回扣夯实双基教材回扣夯实双基一、硅和半导体材料一、硅和半导体材料1硅元素硅元素(1)存在存在硅元素在地壳中的含量居第硅元素在地壳中的含量居第_位，位，且自然界中没有游离态的硅，常见的且自然界中没有游离态的硅，常见的化合态的硅有二氧化硅和硅酸盐等。化合态的硅有二氧化硅和硅酸盐等。二二(2)硅在元素周期表中的位置硅在元素周期表中的位置硅元素位于周期表的第硅元素位于周期表的第3周期第周期第A族，其原子结构示意图为族，其原子结构示意图为_.2单质硅单质硅单质硅有单质硅有_和和_ (非晶体硅非晶体硅)两种同素异形体，其晶体两种同素异形体，其晶体结构与结构与_类似。类似。晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅金刚石金刚石(1)物理性质物理性质晶体硅是晶体硅是_的固体，有金属光的固体，有金属光泽，硬度大，熔点和沸点泽，硬度大，熔点和沸点_，导，导电性介于电性介于_和和_之间。之间。(2)化学性质化学性质在常温下只与在常温下只与F2、HF和强碱溶液反应，和强碱溶液反应，相关化学方程式分别为：相关化学方程式分别为：灰黑色灰黑色高高导体导体绝缘体绝缘体Si2F2=SiF4；_；Si2NaOH2O=Na2SiO32H2。在加热时能与在加热时能与O2和和Cl2等非金属单质反等非金属单质反应，其化学反应方程式分别为：应，其化学反应方程式分别为：Si4HF=SiF42H2(3)工业制法工业制法用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为：粗硅，反应的化学方程式为：_。(4)用途用途作为半导体材料。作为半导体材料。生产硅合金。生产硅合金。二、二氧化硅和光导纤维二、二氧化硅和光导纤维1二氧化硅二氧化硅(1)自然界中的存在自然界中的存在SiO2主要存在于：主要存在于：_等物质中。等物质中。(2)化学性质化学性质沙子、石英、水晶沙子、石英、水晶2光导纤维光导纤维(1)主要成分：主要成分：SiO2。(2)用途：用于通信、能量传输、信用途：用于通信、能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械息处理、遥测遥控和医疗器械(如光如光导纤维内窥镜导纤维内窥镜)制造等方面。制造等方面。思考感悟思考感悟【提示】【提示】不能。因为该反应条件是不能。因为该反应条件是高温且不是在溶液中进行的，而主要高温且不是在溶液中进行的，而主要是利用了是利用了CO2与与SiO2熔、沸点不同，熔、沸点不同，生成的生成的CO2脱离反应体系，致使反应脱离反应体系，致使反应向右进行。向右进行。三、硅酸及无机非金属材料三、硅酸及无机非金属材料1硅酸硅酸(1)物理性质物理性质硅酸硅酸_溶于水，其酸性比碳酸溶于水，其酸性比碳酸_，硅酸，硅酸_ (填填“能能”或或“不能不能”)使紫色石蕊试液变红。使紫色石蕊试液变红。(2)化学性质化学性质不不弱弱不能不能H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O硅酸在水中易聚合形成胶体，即为硅酸在水中易聚合形成胶体，即为硅胶。硅胶吸附水分能力强，常用做硅胶。硅胶吸附水分能力强，常用做_。2硅酸钠硅酸钠(1)物理性质物理性质白色、可溶于水的粉末状固体，其水白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称溶液俗称_，有黏性。，有黏性。干燥剂干燥剂水玻璃水玻璃(2)化学性质化学性质水解显水解显_性。性。与酸性较硅酸强的酸反应，化学方与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：程式分别为：与盐酸反应：与盐酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。碱碱与与CO2水溶液反应：水溶液反应：_。(3)用途：黏合剂用途：黏合剂(矿物胶矿物胶)，耐火阻燃材料。，耐火阻燃材料。3.硅酸盐硅酸盐H2O=H2SiO3Na2CO3Na2SiO3CO2(1)概念：由硅、氧和金属元素组成概念：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。主要成分。(2)表示方法表示方法硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成写成_，Na2OSiO2钾云母钾云母(KH2Al3Si3O12)写成写成K2O3Al2O36SiO22H2O。4传统无机非金属材料传统无机非金属材料(1)普通玻璃普通玻璃主要原料主要原料:_。纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英主要成分：主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。(2)普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥主要原料：主要原料：_。石灰石、黏土石灰石、黏土主要成分主要成分硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙、铝酸三钙3CaOAl2O3。主要性质：主要性质：_。5新型无机非金属材料新型无机非金属材料(1)高温结构陶瓷高温结构陶瓷水硬性水硬性如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。等。(2)生物陶瓷生物陶瓷对机体无排异性，不会引起代谢作用对机体无排异性，不会引起代谢作用异常。异常。(3)压电陶瓷：具有压电效应。压电陶瓷：具有压电效应。思考感悟思考感悟2为什么用氢氟酸在玻璃上进行雕为什么用氢氟酸在玻璃上进行雕刻，而不用强碱溶液？刻，而不用强碱溶液？【提示】【提示】氢氟酸与玻璃中的氢氟酸与玻璃中的SiO2反反应生成的应生成的SiF4易挥发，而强碱与易挥发，而强碱与SiO2反应生成的反应生成的Na2SiO3具有黏性。具有黏性。考点串讲深度剖析考点串讲深度剖析硅及其化合物的特性和硅及其化合物的特性和应用应用1硅及其化合物的特性硅及其化合物的特性(1)Si的还原性大于的还原性大于C，但，但C却能在高却能在高温下还原出温下还原出Si。(2)非金属单质跟碱作用一般无非金属单质跟碱作用一般无H2放放出，但出，但Si能跟强碱溶液作用放出能跟强碱溶液作用放出H2。(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但作用，但Si能跟氢氟酸作用且放出氢能跟氢氟酸作用且放出氢气。气。(4)非金属单质一般为非导体，但非金属单质一般为非导体，但Si可可以做半导体。以做半导体。(5)酸性氧化物一般不与酸作用，但酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与氢氟酸作用。能与氢氟酸作用。(6)SiO2是是H2SiO3的酸酐，但它不溶的酸酐，但它不溶于水，也不能直接与水反应制备于水，也不能直接与水反应制备H2SiO3。(7)无机酸一般易溶于水，但无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。难溶于水。原因是：在高温下反应，生成的原因是：在高温下反应，生成的CO2是气体，生成后离开反应体系使反应是气体，生成后离开反应体系使反应向右进行到底。向右进行到底。2CO2和和SiO2的比较的比较(1)相同点相同点(类似点类似点)：均是酸性氧化：均是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应、都能与物，都能与强碱溶液反应、都能与CaO反应只是反应条件不同。反应只是反应条件不同。都能与单质都能与单质C反应，但产物不相似反应，但产物不相似(一是化合反应、一是置换反应一是化合反应、一是置换反应)。(2)不同点：不同点：存在不同；存在不同；物理性质差异较大；物理性质差异较大；CO2能与能与H2O反应而反应而SiO2不能；不能；SiO2能与能与HF酸反应；酸反应；用途不同。用途不同。3H2CO3与与H2SiO3性质的比较性质的比较H2CO3H2SiO3酸性酸性均为弱酸，且酸性：均为弱酸，且酸性：H2CO3H2SiO3水溶水溶性性能溶于水能溶于水不溶于水不溶于水稳定稳定性性常温下易分常温下易分解生成解生成CO2和和H2O受热时易分解，化学方程受热时易分解，化学方程式为：式为：H2CO3H2SiO3转转化化关关系系Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3或或Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2即时应用即时应用1下列关于硅单质及其化合物的说下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元硅是构成一些岩石和矿物的基本元素素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品酸盐制品高纯度的硅单质广泛用高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维于制作光导纤维陶瓷是人类应用陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料很早的硅酸盐材料ABC D解析：选解析：选C。光导纤维的成分是。光导纤维的成分是SiO2，错；水晶的成分是错；水晶的成分是SiO2而不而不是硅酸盐，是硅酸盐，错。错。名师点评：名师点评：硅单质和二氧化硅的用途硅单质和二氧化硅的用途是高考考查的热点。是高考考查的热点。无机非金属材料与硅酸盐无机非金属材料与硅酸盐2传统的无机非金属材料均由硅酸传统的无机非金属材料均由硅酸盐构成，而大部分新型无机非金属材盐构成，而大部分新型无机非金属材料虽不是硅酸盐，但都是与硅酸盐相料虽不是硅酸盐，但都是与硅酸盐相关的一些新物质。关的一些新物质。即时应用即时应用2(2012哈市三中高三模拟哈市三中高三模拟)以氮化以氮化硅硅(Si3N4)和氧化铝和氧化铝(Al2O3)为原料，为原料，采用高压烧结或热压工艺制备赛伦。采用高压烧结或热压工艺制备赛伦。赛伦的化学通式为赛伦的化学通式为Si6xAlxOxN8x，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，抗腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、医学等因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用。它属于领域有重要应用。它属于() A金属材料金属材料 B有机高分子材料有机高分子材料C新型无机非金属材料新型无机非金属材料 D无机高分子材料无机高分子材料解析：选解析：选C。该材料既非单纯金属，。该材料既非单纯金属，又非合金，故不是金属材料，又非合金，故不是金属材料，A项错项错误；因组成中误；因组成中Si、Al、N、O原子数原子数目不多，故称不上高分子化合物，目不多，故称不上高分子化合物，B、D两项错误；该材料具备新型无两项错误；该材料具备新型无机非金属材料的特征，故机非金属材料的特征，故C项正确。项正确。命题视角把脉高考命题视角把脉高考教材高频考点教材高频考点 (2011高考山东卷高考山东卷)某短周期非某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素次外层电子数的一半，该元素()A在自然界中只以化合态的形式存在自然界中只以化合态的形式存在在B单质常用作半导体材料和光导纤维单质常用作半导体材料和光导纤维C最高价氧化物不与酸反应最高价氧化物不与酸反应D气态氢化物比甲烷稳定气态氢化物比甲烷稳定【解析】【解析】根据题干所述判断：根据题干所述判断：(1)若若有两层电子，元素是有两层电子，元素是Li元素，为金属元素，为金属元素不合题意。元素不合题意。(2)若有三层电子，元素是若有三层电子，元素是Si元素。元素。Si在在自然界中只以化合态存在，自然界中只以化合态存在，A项正确；项正确；Si单质常用作半导体材料，但光导纤维单质常用作半导体材料，但光导纤维成分是成分是SiO2，B项不正确；项不正确；SiO2可与可与HF反应，反应，C项不正确；项不正确；SiH4稳定性比稳定性比CH4稳定性差，稳定性差，D项不正确。项不正确。【答案】【答案】A【名师点评】【名师点评】硅元素原子结构决定硅元素原子结构决定了硅单质性质稳定，不易与其他物质了硅单质性质稳定，不易与其他物质发生反应，但硅元素在自然界中无游发生反应，但硅元素在自然界中无游离态而只以化合态存在，这一特性经离态而只以化合态存在，这一特性经常在考题中出现。常在考题中出现。追踪命题热点追踪命题热点 (2011高考天津卷高考天津卷)图中图中X、Y、Z为单质，其他为化合物，它们之间为单质，其他为化合物，它们之间存在如下转化关系存在如下转化关系(部分产物已略部分产物已略去去)。其中，。其中，A俗称磁性氧化铁；俗称磁性氧化铁；E是是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。反应。回答下列问题：回答下列问题：(1)组成单质组成单质Y的元素在周期表中的位置的元素在周期表中的位置是是_；M中存在的化学键类型为中存在的化学键类型为_；R的化学式是的化学式是_。(2)一定条件下，一定条件下，Z与与H2反应生成反应生成ZH4。ZH4的电子式为的电子式为_。(3)已知已知A与与1 mol Al反应转化为反应转化为X时时(所有物质均为固体所有物质均为固体)，放出，放出a kJ热热量，写出该反应的热化学方程式：量，写出该反应的热化学方程式：_。【解析】【解析】本题利用物质的特性结合本题利用物质的特性结合框图考查铁、硅、铝及其化合物的性框图考查铁、硅、铝及其化合物的性质，并以此为载体考查考生正确质，并以此为载体考查考生正确使用化学用语描述化学问题的能力。使用化学用语描述化学问题的能力。依题意结合物质的特性可推出框图中依题意结合物质的特性可推出框图中的的A为为Fe3O4，E为为SiO2，再结合框图，再结合框图中的信息推出中的信息推出X为为Fe、Y为为O2、Z为为Si，D为为HNO3溶液、溶液、G为为Fe(NO3)3、M为为Na2SiO3溶液、溶液、R为为H2SiO3(或或H4SiO4)。正确写出该反应的热化学方程式：正确写出该反应的热化学方程式：8Al(s)3Fe3O4(s)=9Fe(s)4Al2O3(s)H8a kJ/mol。【答案】【答案】(1)第二周期第第二周期第A族族离离子键、共价键子键、共价键H2SiO3(或或H4SiO4)(2)(3)8Al(s)3Fe3O4(s)=9Fe(s)4Al2O3(s)H8a kJ/mol易错易误剖析易错易误剖析 下列说法正确的是下列说法正确的是()二氧化硅是生产光纤制品的基本原二氧化硅是生产光纤制品的基本原料料X(Si)、Y(SiO2)、Z(H2SiO3)能满足能满足图示的一步转化关系图示的一步转化关系氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料CO2与与SiO2组成相似，则组成相似，则CO2与与SiO2的性质相似的性质相似碳酸钙、硅酸钙是文物陶瓷的主要碳酸钙、硅酸钙是文物陶瓷的主要成分成分SiO2是酸性氧化物，能与氢氧化钠是酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应溶液反应水晶项链和餐桌上的瓷盘均是硅酸水晶项链和餐桌上的瓷盘均是硅酸盐制品盐制品ABC D【常见错误】【常见错误】B【错因分析】【错因分析】(1)常见错误分析常见错误分析误认为碳酸钙是陶瓷的主要成分而认误认为碳酸钙是陶瓷的主要成分而认为为正确。正确。(2)其他错误分析其他错误分析误认为误认为CO2和和SiO2性质相似且性质相似且CaCO3是陶瓷的主要成分而认为是陶瓷的主要成分而认为均正均正确，错选确，错选A项；误认为项；误认为Si、SiO2、 H2SiO3能发生图示变化且能发生图示变化且水晶水晶(SiO2)是硅酸盐产品而认为是硅酸盐产品而认为和和均正确，错选均正确，错选C项。项。【正确解答】【正确解答】根据选项组合，采用根据选项组合，采用淘汰法，因为光纤淘汰法，因为光纤(光导纤维的简称光导纤维的简称)的成分是的成分是SiO2，正确，排除正确，排除C项；项；判断判断不正确即可排除不正确即可排除A、B两项。两项。【答案】【答案】DMg与酸性氧化物的反应与酸性氧化物的反应【实验目的】【实验目的】Mg与与CO2反应是中学反应是中学教材中涉及的内容，教材中涉及的内容，SO2、SiO2都为都为酸性氧化物，与金属酸性氧化物，与金属Mg也应发生类似也应发生类似的反应，此类探究实验主要考查学生的反应，此类探究实验主要考查学生的信息迁移能力。的信息迁移能力。实验探究专项突破实验探究专项突破典例探究典例探究已知已知Mg与与CO2可反应生成可反应生成MgO与与C；SiO2、SO2和和CO2都是酸性氧化物，都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；镁和钠化学性质具有一定的相似性；镁和钠的化学性质也有一定的相似性。两个的化学性质也有一定的相似性。两个研究性学习小组分别根据不同的微型研究性学习小组分别根据不同的微型课题进行研究，其方案如下：课题进行研究，其方案如下：实验方案实验方案第一个研究性学习小组第一个研究性学习小组用如图所示的装置进行镁与二氧化硫用如图所示的装置进行镁与二氧化硫反应的实验。反应的实验。实验药品：实验室制取二氧化硫类似实验药品：实验室制取二氧化硫类似于制取二氧化碳，在下列物质中选择于制取二氧化碳，在下列物质中选择合适的试剂制取二氧化硫合适的试剂制取二氧化硫_。A80%的硫酸的硫酸B浓盐酸浓盐酸C浓浓硝酸硝酸D亚硫酸钠固体亚硫酸钠固体E亚硫亚硫酸钙固体酸钙固体F饱和亚硫酸钠溶液饱和亚硫酸钠溶液实验现象：反应后，发现实验现象：反应后，发现B管壁有淡管壁有淡黄色粉末产生，取反应后黄色粉末产生，取反应后B中固体溶中固体溶于稀盐酸中产生具有臭鸡蛋气味的气于稀盐酸中产生具有臭鸡蛋气味的气体，写出体，写出B管中发生的有关反应的化管中发生的有关反应的化学方程式：学方程式：_。实验改进：你认为该装置是否有不足实验改进：你认为该装置是否有不足之处？之处？_。如果有，请写出改。如果有，请写出改进方法：进方法：_。实验方案实验方案第二个研究性学习小组第二个研究性学习小组进行了进行了“实验室制硅实验室制硅”的研究，他们的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：供参考的信息：镁在点燃条件下即可与二氧化硅反镁在点燃条件下即可与二氧化硅反应制取硅应制取硅金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与硅烷盐与硅烷硅烷在空气中能自燃硅烷在空气中能自燃他们在研究报告中记载着他们在研究报告中记载着“用用Mg和和SiO2在适宜的条件下充分反应；再在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥、最后称量滤、洗涤、干燥、最后称量在用在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的声和火花，其产率也只有预期值的63%左右左右”。实验探究：实验探究：(1)该小组该小组“实验室制硅实验室制硅”的化学方的化学方程式是程式是_。(2)你估计你估计“用稀硫酸溶解固体产物用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花时，发现有爆鸣声和火花”的原因是的原因是_。【解析】【解析】 实验方案实验方案实验室制取实验室制取CO2气体的反应原理为：气体的反应原理为：CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2，即，即强酸制弱酸，按照这一规律，因浓盐强酸制弱酸，按照这一规律，因浓盐酸具有较强的挥发性，导致产生的酸具有较强的挥发性，导致产生的SO2气体不纯，浓气体不纯，浓HNO3具有强氧化具有强氧化性，会氧化性，会氧化SO2气体，均不可选用，气体，均不可选用，应选用应选用80%的浓的浓H2SO4；这样固体就；这样固体就只能选只能选Na2SO3，而不能选，而不能选CaSO3，因反应会生成因反应会生成CaSO4(微溶微溶)，附着在，附着在CaSO3表面上，使反应停止。据题表面上，使反应停止。据题意知淡黄色粉末是单质意知淡黄色粉末是单质S，另有产物，另有产物与稀盐酸反应产生具有臭鸡蛋气味的与稀盐酸反应产生具有臭鸡蛋气味的气体，只能为气体，只能为MgS。从实验装置上寻找不足之处：长颈漏从实验装置上寻找不足之处：长颈漏斗下端未插入液面以下；斗下端未插入液面以下；C处考虑了处考虑了尾气处理，但未注意压强问题；产生尾气处理，但未注意压强问题；产生的的SO2未进行干燥等。未进行干燥等。实验方案实验方案(1)根据该方案中的资料根据该方案中的资料可知反应为：可知反应为：