山西省大同一中高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 夯實(shí)基礎(chǔ) 專題十二《無機(jī)非金屬材料的主角 硅》課件

無機(jī)非金屬材料的主角硅1了解 C、Si 元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2了解 C、Si 元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3了解常見無機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途。物質(zhì)碳(C)硅(Si)存在形態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài)物理性質(zhì)金剛石：熔點(diǎn)_，硬度_色固體，有金屬光澤，熔點(diǎn)_，硬度_，有脆性，_導(dǎo)體石墨：硬度小，電的良導(dǎo)體用途金剛石用作切割刀具；石墨用作電極、鉛筆芯半導(dǎo)體材料、_ 芯片、_電池和合金材料 回歸教材 一、碳和硅1單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途高大灰黑高大半硅太陽能2.碳的化學(xué)性質(zhì)2COCO22CuCO2常溫下不活潑，在高溫條件下有強(qiáng)還原性。(1)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)：2CO2_，CO2_。(2)與氧化物反應(yīng)：COH22COSi2CO2CuOC_，CH2O(g)_，CO2C_，SiO22C_。(3)與酸反應(yīng)：加熱條件下能與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)：C2H2SO4(濃)_。CO22SO22H2O3硅的化學(xué)性質(zhì)常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與 NaOH、F2、HF 反應(yīng)。(1)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)：SiO2SiF4SiCl4SiO2_，Si2F2=_，Si2Cl2_。(2)與氧化物反應(yīng)：Si2FeO2FeSiO2。(3)與酸反應(yīng)：不與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)，但能與氫氟酸在常溫下反應(yīng)：Si4HF=_。(4)與堿反應(yīng)：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。SiF42H2二、二氧化碳和二氧化硅CO2H2O物質(zhì)(1)二氧化碳(2)二氧化硅化學(xué)式CO2SiO2主要物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng) _不反應(yīng)與酸反應(yīng)不反應(yīng)SiO24HF=_與堿反應(yīng)CO22NaOH= _ 或CO2NaOH= NaHCO3SiO22NaOH= _H2CO3 Na2CO3H2OSiF42H2ONa2SiO3H2O物質(zhì)(1)二氧化碳(2)二氧化硅化學(xué)性質(zhì)與鹽反應(yīng)CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3 SiO2Na2CO3=與堿性氧化物反應(yīng)CO2CaOCaCO3高溫SiO2CaO=CaSiO3用途制飲料、碳酸鹽，干冰用作致冷劑_ 、 制光學(xué)儀器、電子部件，水晶可制作飾品(續(xù)表)高溫Na2SiO3CO2_光導(dǎo)纖維三、硅酸和硅酸鹽1硅酸碳酸H2SiO32NaCl(1)溶解性：溶解度很小。(2)化學(xué)性質(zhì)弱酸性：酸性比_還弱：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。(3)制備：可用硅酸鈉與鹽酸反應(yīng)制得：Na2SiO32HCl=_。(4)用途：硅膠可用作袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑。水玻璃堿性K2OAl2O36SiO22硅酸鹽(1)硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液俗稱 _ ， 溶液顯_，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。(2)硅酸鹽組成的表示：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成，如硅酸鈉 (Na2SiO3) 可表示為Na2OSiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為_。材料類別主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具半導(dǎo)體陶瓷具有電學(xué)特性氧化錫陶瓷 集成電路中的半導(dǎo)體光學(xué)材料具有光學(xué)特性光導(dǎo)纖維光纜通訊、醫(yī)療、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化鋁陶瓷人造骨、人造關(guān)節(jié)、接骨螺釘材料類別水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石英、石灰石黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫四、無機(jī)非金屬材料1傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料2.新型無機(jī)非金屬材料 自主測評 1 硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是()。A硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)C反應(yīng)：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si 為還原劑，NaOH 和 H2O 為氧化劑D鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅解析：粗硅提純涉及的反應(yīng)：Si2Cl2=SiCl4，SiCl42H2=Si4HCl都是氧化還原反應(yīng)，B錯誤；硅與氫氧化高溫高溫鈉溶液反應(yīng)中NaOH 既不是氧化劑，也不是還原劑，只是反應(yīng)物，起氧化作用的只是H2O，C 錯誤；硅能與氫氟酸反應(yīng)，不能與鹽酸反應(yīng)，D 錯誤。答案：A2(2013 年廣東惠州模擬)下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是()。A單質(zhì)硅常用作半導(dǎo)體和光導(dǎo)纖維材料B硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在CSiO2 與純堿高溫生成 CO2，說明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)DSiO2 是非金屬氧化物，它不與任何酸反應(yīng)解析：二氧化硅常用作光導(dǎo)纖維，單質(zhì)硅常用作半導(dǎo)體，A 錯誤；硅在自然界只以二氧化硅、硅酸鹽的形式存在，B 正確；非金屬性：SiC，則硅酸的酸性比碳酸弱，高熔沸點(diǎn)的二氧化硅制低熔沸點(diǎn)的二氧化碳，是這個非水溶液中的復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的原因，C 錯誤；氫氟酸是唯一能與二氧化硅反應(yīng)的酸，生成四氟化硅和水，D 錯誤。答案：B()。氫氟酸；NaCl；KNO3；石灰水；CuSO4；NaOH； Na2CO3；NaHSO4。ACBD解析：氫氟酸及呈堿性的石灰水、Na2CO3 溶液、NaOH 溶液都不能存放在帶玻璃塞的試劑瓶中。答案：A4開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說法正確的是()。硅是構(gòu)成一些巖石和許多礦物的基本元素；人造剛玉熔點(diǎn)很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅；高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維；陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料；氮化硅陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料；C60屬于原子晶體，用于制造納米材料。ABCD解析：人造剛玉主要成分是Al2O3，錯誤；高純度SiO2用于制作光導(dǎo)纖維，錯誤；C60 為分子晶體，錯誤。答案：C5下列敘述正確的是()。高溫的酸性比碳酸強(qiáng)B碳和硅都是A 族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性質(zhì)相似C二氧化硅既溶于氫氧化鈉溶液又溶于氫氟酸，所以二氧化硅是兩性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反應(yīng)生成硅酸A因?yàn)镹a2CO3SiO2=Na2SiO3CO2，所以硅酸解析：根據(jù)酸與鹽之間復(fù)分解反應(yīng)進(jìn)行的方向判斷酸性強(qiáng)弱一般是在常溫濕態(tài)下適用，在高溫干態(tài)下不適用，事實(shí)是碳酸酸性比硅酸強(qiáng)，A 錯誤；CO2 和SiO2 的結(jié)構(gòu)不同，在物理性質(zhì)方面有很大的差異，B 錯誤；SiO2 與氫氟酸反應(yīng)，不屬于酸性氧化物與酸的一般反應(yīng)，在此反應(yīng)中SiO2 沒有表現(xiàn)堿性，C錯誤；SiO2 雖屬于酸性氧化物，但不能直接與H2O 反應(yīng)生成H2SiO3，D 正確。答案：D重點(diǎn)一 硅及其化合物性質(zhì)的“反常”1硅的五種特性(1)碳族元素的主要化合價(jià)一般是2、4，而硅常見的是4 價(jià)。(2)硅的還原性比碳強(qiáng)，而碳在高溫下卻能從 SiO2 中還原出硅。(3)非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)一般不生成氫氣，而硅卻能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。(4)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅不但能與氫氟酸反應(yīng)，而且還有 H2 生成(類似于較活潑金屬與酸的置換反應(yīng))：Si4HF=SiF42H2。2二氧化硅的三種特性(1) SiO2是H2SiO3 的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備 H2SiO3。(2)非金屬氧化物的熔、沸點(diǎn)一般較低，但 SiO2 的熔、沸點(diǎn)卻很高。(3)酸性氧化物一般不與酸作用，但 SiO2 卻能與氫氟酸作用：SiO24HF=SiF42H2O。Na2CO3，但在高溫下Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2也能3硅酸的兩種特性(1)無機(jī)酸一般易溶于水，而 H2SiO3 卻難溶于水。(2)因 H2CO3 的酸性強(qiáng)于 H2SiO3，所以在 Na2SiO3 溶液中通入 CO2 能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3高溫發(fā)生。(10)Na2SiO3 的水溶液俗稱水玻璃，但它與玻璃的成分不相同；硅酸鈉水溶液(即水玻璃)稱為泡花堿，但它卻是鹽溶液(存放的試劑瓶不能用玻璃塞)，并不是堿溶液?！纠?】下列說法正確的是()。A(2012 年全國新課標(biāo))單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧螧(2012 年全國新課標(biāo))合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型無機(jī)非金屬材料C(2012 年山東高考)盛放 NaOH 溶液時(shí)，使用帶玻璃塞的磨口瓶中能大量共存解析：單質(zhì)硅常用于太陽能電池，A正確；合成纖維是有機(jī)材料，不是無機(jī)非金屬材料，B 錯誤；NaOH 能與玻璃中的SiO2 反應(yīng)：2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O，C 錯誤；H、SiO3可結(jié)合生成難溶于水的硅酸，D 錯誤。答案：A2重點(diǎn)二三氯甲硅烷還原法制備高純度硅1工藝流程2操作步驟高溫下用焦炭在電爐中隔絕空氣還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與干燥的 HCl 氣體在 300 以上反應(yīng)生成 SiHCl3；SiHCl3與過量的 H2 在 1000 1100 反應(yīng)制得純硅。3反應(yīng)原理干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HCl=SiHCl3H2；【例2】晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與300 SiHCl3 與過量 H2 在 1000 1100 反應(yīng)制得純硅。已知SiHCl3 能與 H2O 強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答下列問題：(1)第步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為：_。(2)粗硅與 HCl 反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的 SiHCl3(沸點(diǎn) 33.0)中含有少量 SiCl4(沸點(diǎn) 57.6 )和 HCl(沸點(diǎn)84.7 )，提純SiHCl3 采用的方法為_。(3)用 SiHCl3 與過量 H2 反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：裝置 B 中的試劑是_。裝置 C 中的燒瓶需要加熱，其目的是_。反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置 D 中觀察到的現(xiàn)象是_，裝置 D 不能采用普通玻璃管的原因是_，裝置 D 中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_。為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是(填寫字母代號)_。a碘水b氯水 cNaOH 溶液dKSCN 溶液eNa2SO3 溶液所以粗硅的制備原理是：SiO22C=Si2CO。(2)對沸點(diǎn)SiHCl3H2=Si3HCl,其溫度高達(dá)10001100，只解析：(1)高溫下C 參與還原反應(yīng)的產(chǎn)物是CO 而非CO2，高溫不同的液態(tài)混合物分離提純的方法一般選擇分餾(或蒸餾)。(3) 從裝置圖和題目信息可知 A 裝置是制備氫氣，但因含有H2O(g)不能直接還原SiHCl3，所以必須進(jìn)行洗氣干燥，所以裝置 B 中的試劑應(yīng)該是濃硫酸；而SiHCl3 與H2 的反應(yīng)制得純硅：高溫能在裝置D 石英管中進(jìn)行，因?yàn)樵诖朔磻?yīng)溫度下，普通玻璃會軟化。顯然，裝置C 是使液態(tài)的SiHCl3 氣化, 并與H2 充分混合。SiHCl3H2=Si由于硅在高溫下易與空氣中的氧氣反應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)要取得成功操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及排盡裝置中的空氣。(4)將試樣用稀鹽酸溶解后溶液中的 Fe 主要KSCN 試液檢驗(yàn)。高溫(2)分餾(或蒸餾)(3)濃硫酸使滴入燒瓶中的 SiHCl3 氣化有固體物質(zhì)生成在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會軟化高溫3HCl排盡裝置中的空氣bd答案：(1)SiO22C=Si2CO以Fe2離子的形式存在，檢驗(yàn)的方法一般是將其氧化成Fe3用考點(diǎn)一硅及其氧化物1下列說法正確的是()。A(2013 年福建高考)石英只能用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維B(2013 年江蘇高考)二氧化硅不與強(qiáng)酸反應(yīng)，可用石英器皿盛放氫氟酸C(2013 年廣東高考)高溫下用焦炭還原 SiO2 制取粗硅D(2013 年北京高考)硅太陽能電池工作時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能解析：二氧化硅除了用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維，還可用于生產(chǎn)石英玻璃、水泥等硅酸鹽產(chǎn)品，A 錯誤；二氧化硅常溫下會與氫氟酸反應(yīng)，氫氟酸應(yīng)保存在塑料瓶中，B 錯誤；焦炭在高溫下與SiO2 反應(yīng)生成硅和一氧化碳，C 正確；硅太陽能電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，D 錯誤。答案：C2下列關(guān)于硅的說法不正確的是( )。A高純度的單質(zhì)硅被廣泛用于制作計(jì)算機(jī)芯片B硅可由二氧化硅還原制得C常溫時(shí)硅與水、空氣和酸不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)D自然界硅元素的貯量豐富，并存在大量的單質(zhì)硅解析：自然界中無單質(zhì)硅存在。答案：D考點(diǎn)二碳及其氧化物3下列說法中正確的是()。ACO2 和 CH4 都是引起“溫室效應(yīng)”的氣體BCO2 和 SO2 都是產(chǎn)生酸雨的氣體C使用天然氣可避免 CO2 的排放DCO2 是一種有害而無益的氣體解析：二氧化碳不是產(chǎn)生酸雨的氣體，B 錯誤；天然氣的主要成分是甲烷，燃燒產(chǎn)物中也有二氧化碳，C 錯誤；二氧化碳是光合作用的原料之一，D 錯誤。答案：A=CO3 H2O4下列說法正確的是()。A將 CO2 通入 CaCl2 溶液或飽和 Na2CO3 溶液均有白色沉淀生成B某溶液中加入 Ba(OH)2 溶液中有白色沉淀，說明可能有 C在標(biāo)準(zhǔn)狀況下將 2.24 L CO2 通入 100 mL 1.0 molL1 的2NaOH 溶液中充分反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為：CO22OHDNaHCO3 溶液和 Na2CO3 溶液可以用 CaCl2 溶液鑒別答案：D5下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中不正確的是( )。考點(diǎn)三硅酸及硅酸鹽A傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B新型無機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差C高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分不同 解析：無機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無機(jī)非金屬材料是指一些新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新型無機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應(yīng)、具有生物功能等。答案：B