2019-2020年高考化学一轮复习 专题4.1 无机非金属材料的主角-硅讲案（含解析）.doc

2019-2020年高考化学一轮复习 专题4.1 无机非金属材料的主角-硅讲案（含解析）复习目标：1、掌握碳、硅及其化合物的性质、转化关系。2、了解硅酸盐工业，新型无机非金属材料的特性及其应用。基础知识回顾：一、碳、硅元素的存在及单质的性质和用途1、存在形态自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。2、单质的性质与用途比较碳硅结构金刚石：空间网状 结构石墨： 层状结构的晶体晶体硅：空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感晶体硅硬度大、熔点高化学性质与非金属单质反应与O2反应：CO2=CO2(完全燃烧),2CO2=2CO(不完全燃烧)与O2、Cl2反应：Si+O2=SiO2Si+2Cl2=SiCl4与氧化物反应与CuO,SiO2反应C2CuO=2CuCO2C+SiO2=Si+2CO与酸反应与浓H2SO4、浓HNO3反应：与氢氟酸的反应：C2H2SO4(浓)=CO22SO22H2O，C4HNO3(浓)=CO24NO22H2OSi4HF=SiF42H2与碱反应Si+2OH-+H2O=SiO+2H23、碳、硅元素的单质及其化合物的特殊性一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。一般情况，较强氧化剂较强还原剂=较弱氧化剂较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO22C =Si2CO，FeOC = FeCO。硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。一般情况，较活泼金属酸=盐氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si4HF=SiF42H2。一般情况，碱性氧化物酸=盐水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O。一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出H2O中的氢，但CH2O(g)=CO+ H2。一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2H2O= H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。4、硅与铝的相似性及区别（1）与强碱溶液反应时相似 Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。 SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3Al(OH)3均与NaOH溶液反应生成盐和水。 Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色沉淀。（2）区别 除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反应。 Al2O3、Al(OH)3属两性化合物。 Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同。【典型例题1】【xx年全国卷】对于A族元素，下列叙述中不正确的是()ASiO2和CO2中Si和O，C和O之间都是共价键BC、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D该族元素的主要化合价是4和2【迁移训练1】【陕西省岐山县xx学年高三第一学期期中质量检测试题】下列说法正确的是A高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维B化工生产时将氯气通入到饱和的石灰水中可制得大量漂粉精CSO2被氧气氧化的条件一般选择高温、高压、催化剂D矿青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2改写成氧化物的形式则为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O二、CO2和SiO2的比较物质二氧化硅二氧化碳化学式SiO2CO2晶体类型原子晶体分子晶体主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2O=H2CO3与酸反应SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3与盐反应SiO2Na2CO3=Na2SiO3CO2Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClOCO2Na2CO3H2O=2NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2CaO=CaSiO3CO2Na2O=Na2CO3【典型例题2】指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确答案填入括号内。（1）SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()（2）SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()（3）SiO22CSi2CO()（4）SiO23CSiC2CO()（5）SiO24HF=SiF42H2O()A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应【迁移训练2】下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A都是共价化合物B都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应C都能溶于水且与水反应生成相应的酸DSiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨三、硅酸和硅酸盐、传统无机非金属材料1、硅酸（1）溶解性：溶解度很小。（2）化学性质弱酸性：酸性比碳酸还弱。Na2SiO3CO2+H2O=Na2CO3H2SiO3 。（3）制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO32、硅酸盐（1）硅酸盐：是由 硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。（2）硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称 水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。（3）硅酸盐组成的表示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 Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为：K2OAl2O36SiO2 。注意事项：氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧化物前系数配置原则：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。氧化物之间以“”隔开；系数配置出现分数应化为整数。例如：长石：KAlSi3O8不能写成 K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。3、传统无机非金属材料（1）普通玻璃 主要原料： 纯碱、石灰石、石英。 主要成分： Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2 。（2）普通硅酸盐水泥主要原料： 石灰石 、 黏土 。主要成分（写出名称和化学式）： 硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)【典型例题3】世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻璃在加热熔化时没有固定的熔点C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起【迁移训练3】【贵州省铜仁市第一中学xx届高三第四次月考】用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是（ ）选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊。再升高至65以上，溶液变澄清。C6H5ONa溶液B通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失。Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊。再加入品红溶液，红色褪去。Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失,再加入足量NaOH溶液，又变浑浊。Ca(OH)2溶液考点详析：考点一：硅的性质及高纯硅的制备方法1、硅的性质 硅的性质在考查要注意的是其性质稳定，但能与发生一些比较特别的反应，如Si2、高纯硅在信息产业中的应用越来越广泛，故其制取也就成了热点题型。其制取过程一般为：SiO2粗硅SiCl4高纯硅【典型例题4】（xx浙江理综）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450500)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：相关信息如下：四氯化硅遇水极易水解硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/-70.0-107.2升华温度/180300162请回答下列问题：（1）装置A中g管的作用是 ；装置C中的试剂是 。（2）甲方案：f接装置；乙方案：f接装置。但是装置、都有不足之处，请你评价后填写下表。方案优点缺点甲乙（3）在上述（2）的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述： 。（4）SiCl4与H2反应的化学方程式为 。【答案】（1）平衡压强，使液体从分液漏斗中顺利流下浓硫酸（2）方案优点缺点甲收集产品的导管粗，不会堵塞导管冷凝产品，减少产品损失空气中的水蒸气进入产品收集装置，使SiCl4水解尾气没有处理，污染环境乙有尾气处理装置，注重环保避免空气中的水蒸气进入装置产品易堵塞导管没有冷凝装置，产品易损失（3）在装置的i处接干燥管j（4）SiCl4+2H2=Si+4HCl【迁移训练4】有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是()A高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片B硅可由二氧化硅还原制得C低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅考点二：CO2的相关性质1、二氧化碳与弱酸盐溶液反应（强酸制弱酸）碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2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：CO2CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2H2ONaHCO3CO2(过量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3易错警示：CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。2、二氧化碳反应先后关系当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba(OH)2反应。3、CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例：CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：【典型例题5】【湖南长沙雅礼中学xx第二次月考】在下列各溶液中通入足量CO2气体，最终有浑浊产生的（ ）饱和Na2CO3溶液 澄清石灰水 Ca(ClO)2溶液 CaCl2溶液Na2SiO3溶液 NaAlO2溶液A全部 B除外 C除外 D除外【迁移训练5】向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(0 ，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()考点三：碳、硅及其化合物之间综合转化关系1、知识网络2、推断中常用题眼解答硅及其化合物的推断题，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口”。【典型例题6】A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。请回答下列问题：（1）写出各物质的化学式：A_；B_；C_；D_；E_。（2）写出反应的化学方程式：_，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。（3）写出反应的离子方程式：_。（4）写出反应的离子方程式：_。（5）H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：_。