【大綱創(chuàng)新設計】高考化學一輪復習 第2節(jié) 硅及其化合物 無機非金屬材料課件 大綱人教

第二節(jié)硅及其化合物無機非金屬材料復習目標展示1.掌握Si、SiO2、Na2SiO3等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途。2.了解硅酸鹽工業(yè)及新型無機非金屬材料的特征及應用。

知識點1問題1：硅及其化合物性質(zhì)中的許多化學反應都是在什么條件下進行的？

硅及其化合物1．硅(Si)(1)存在硅在自然界中全部以

形式存在，地殼中含量僅次于

。

化合物O(2)單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)單質(zhì)硅有

和

兩種同素異形體，晶體硅是

形的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于

晶體。無定形晶體正四面體原子(3)單質(zhì)的物理性質(zhì)晶體硅顏色：

色，熔、沸點：

，硬度

。導電性：良好的半導體材料。

灰黑很高很大(4)化學性質(zhì)①概述：常溫下化學性質(zhì)不活潑，不與

、

反應，只與

、

、

反應。

強酸強氧化劑F2HFNaOH②主要反應：

SiO2＋2CSi＋2CO↑(5)工業(yè)制法化學方程式為：

。

高溫(6)用途①半導體材料；②作變壓器鐵芯；③加入鐵中制耐酸設備。

2．二氧化硅(SiO2)

(1)自然界中的存在沙子和石英的主要成分是

，透明的石英俗稱

，它是

(寫化學式)晶體，熔點高和硬度大。SiO2水晶SiO2(2)晶體結(jié)構(gòu)

①晶體類型：

。②原子結(jié)合方式：1個硅原子同時與

個氧原子結(jié)合，1個氧原子同時與

個硅原子結(jié)合，硅原子與氧原子個數(shù)比為

。

原子晶體421∶2(3)化學性質(zhì)二氧化硅是一種

氧化物，能與堿、堿性氧化物及部分鹽反應：酸性(4)用途沙子用于建筑，石英用于制造玻璃，純SiO2用于制造電子部件、光學器材和光導纖維。3．硅酸(H2SiO3)及其鹽(1)硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓。(2)硅酸鹽①常用的硅酸鹽是Na2SiO3，俗稱“泡花堿”，易溶于水，其水溶液叫水玻璃，是一種礦物膠，顯堿性，易吸收空氣中的CO2而生成硅酸，因而需密封保存。②硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，種類很多，結(jié)構(gòu)復雜，常用氧化物的形式來表示其組成。表示順序一般為活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸鈉Na2SiO3：Na2O·SiO2；鈣沸石CaAl2Si3O10·3H2O：CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O。思維延伸

知識點2無機非金屬材料問題2：傳統(tǒng)無機非金屬材料與新型無機非金屬材料的差別是什么？4．三種傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)的比較類別水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土、石膏純堿、石灰石石英(SiO2)黏土主要設備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐陶瓷窯生產(chǎn)過程原料生料熟料成品原料混合（按比例）熔化成型混合成型干燥燒結(jié)冷卻磨細煅燒石膏粉粉碎強熱加添加劑主要反應復雜物理、化學變化Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑復雜物理、化學變化主要成分3CaO·SiO2；2CaO·SiO2；3CaO·Al2O3普通玻璃：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要性能水硬性(不可逆過程)無固定熔、沸點，在一定溫度范圍內(nèi)軟化抗氧化、抗酸堿腐蝕，耐高溫種類不同標號普通玻璃、特種玻璃陶器、瓷器等高溫5.新形無機非金屬材料新開發(fā)利用的如氮化硅Si3N4、剛玉Al2O3等陶瓷，光導纖維等無機非金屬材料，這些材料具有特殊結(jié)構(gòu)，特殊功能，如半導體材料，超硬耐高溫材料，發(fā)光材料等，都稱為新型無機非金屬材料。

思維延伸(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料是指水泥、玻璃、陶瓷等，其優(yōu)點是抗腐蝕、耐高溫等，但也有質(zhì)脆，經(jīng)不起熱沖擊等弱點。(2)鋼化玻璃與普通玻璃的成分相同?？键c點1硅硅及及其其化化合合物物的的特特殊殊性性1．．硅硅的的還還原原性性比比碳碳強強，，但但在在高高溫溫下下，，碳碳能能從從二二氧氧化化硅硅中中還還原原出出硅硅。。SiO2＋2CSi＋＋2CO↑↑高溫溫這可可從從化化學學平平衡衡的的角角度度理理解解，，由由于于產(chǎn)產(chǎn)物物CO為為氣氣體體，，它它的的放放出出促促使反反應應向向正正反反應應方方向向進進行行。。2．．碳碳酸酸的的酸酸性性比比硅硅酸酸強強，，在在水水溶溶液液中中可可發(fā)發(fā)生生反反應應如如Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋＋Na2CO3。但但高高溫溫下下，，可可發(fā)發(fā)生生反反應應Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，，CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。。這這是是因因為為該該反反應應不不是是在在水水溶溶液液中中，，而而是是在在高溫溫條條件件下下發(fā)發(fā)生生的的。。高溫溫高溫溫3．．常常溫溫條條件件下下，，非非金金屬屬單單質(zhì)質(zhì)一一般般不不與與強強堿堿溶溶液液反反應應而而Si單單質(zhì)質(zhì)可與與強強堿堿溶溶液液反反應應，，Si＋＋2NaOH＋＋H2ONa2SiO3＋2H2↑。4．非金屬單單質(zhì)一般不跟跟非氧化性酸酸作用，但Si能跟氫氟氟酸作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。5．非非金屬屬氧化化物一一般為為分子子晶體體，但但SiO2為原子子晶體體。6．酸酸性氧氧化物物一般般不與與酸作作用，，但SiO2能與氫氫氟酸酸作用用。7．無無機酸酸一般般易溶溶于水水，但但H2SiO3和H4SiO4均難溶溶于水水。8．硅硅酸鈉鈉水溶溶液俗俗稱泡泡花堿堿或水水玻璃璃，但但卻是是鹽溶溶液。。9．SiO2雖是硅硅酸的的酸酐酐，但但卻不不能用用SiO2和水反反應制制備硅硅酸，，只能用用可溶溶性硅硅酸鹽鹽溶液液跟酸酸作用用來制制取。。10．．SiO2是熔點點最高高的非非金屬屬氧化化物，，H2SiO3是常溫溫下呈呈固態(tài)態(tài)的酸。。要點深深化Si及及SiO2的特性性，常常常作作為推推斷題題的突突破口口和解解題關關鍵。。因此要要熟練練掌握握好Si及及SiO2的特性性。應應用時時，還還要注注意能能與NaOH溶液液(除除活潑潑金屬屬外)反應應產(chǎn)生生H2的除Si外外還有有Al。【例1】(2009·全全國高高考題題改編編題)在下列列物質(zhì)質(zhì)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化關關系中中，A是一種種固體體單質(zhì)質(zhì)，E是一一種白白色沉沉淀，，據(jù)此此填寫寫下列列空白白：SiO2＋2OH－SiO－－＋H2O(1)B的的化學學式是是________。(2)B和和a溶溶液反反應的的離子子方程程式是是___________________________。(3)G和和鹽酸酸溶液液反應應的化化學方方程式式是。解析析：：G與與過過量量HCl反反應應生生成成白白色色沉沉淀淀E，，G可可能能是是AgNO3或Na2SiO3，E是是AgCl或或H2SiO3；再再結(jié)結(jié)合合E加加熱熱生生成成氧氧化化物物B，，判判斷斷E為為H2SiO3，B為為SiO2、D為為H2O、、A為為Si、、G是是Na2SiO3、F是是H2、H是是NaCl。。SiO2Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋＋H2SiO3↓變式式訓訓練練1．．(2010··湖湖北北部部分分重重點點中中學學聯(lián)聯(lián)考考)2009年年10月月6日日瑞瑞典典皇皇家家科科學院宣布，，英國華裔裔科學家高高錕以及兩兩名美國科科學家威拉拉德·博伊爾爾和喬治··史密斯獲獲得2009年諾貝貝爾物理學學獎，以獎勵他們們在光纖和和半導體領領域上的開開創(chuàng)性研究究。下列有有關光導纖維維和半導體體的說法中中錯誤的是是()A．二氧化化硅是制備備光導纖維維的主要原原料，光導導纖維遇強堿會“斷斷路”B．作半導導體材料的的硅位于周周期表中第第三周期ⅣⅣA族C．工業(yè)上上，利用二二氧化硅熱熱分解法冶冶煉硅D．二氧化化硅和硅的的晶體類型型相同解析：因為SiO2可與強堿反反應生成硅硅酸鹽和水水，所以光光導纖維遇強堿堿會“斷路路”，A項項敘述正確確；工業(yè)上上用SiO2與C反應制取粗粗硅，然后后以粗硅、、Cl2、H2為原料再制制取精硅，，顯然C項敘敘述不正確確；B、D兩項敘述述正確。答案：C考點2材材料料及新材料料新型無機非非金屬材料料：主要指指高溫結(jié)構(gòu)構(gòu)陶瓷、光光導纖維、、生物陶瓷瓷等。新型無無機非金屬屬材料除繼繼承傳統(tǒng)無無機非金屬屬材料的許許多優(yōu)點、、克服某些弱弱點外，還還具有如下下特性：(1)耐高高溫、強度度高。如氮氮化硅陶瓷瓷在1200℃左左右的高溫溫下，仍具具有很高的硬硬度，可用用來制造氣氣輪機的葉葉片、軸承承、永久模模具等。(2)具有有電學特性性。如氧化化錫陶瓷，，可用作集集成電路中中的半導體體。(3)具有有光學特性性。如光導導纖維，用用于光纜通通訊、醫(yī)療療、信息處處理等。(4)具有有生物功能能。如磷酸酸鈣系陶瓷瓷，可用于于制造人造造骨骼等。。要點深化今后無機非金金屬材料的發(fā)發(fā)展趨勢(1)新型能能源轉(zhuǎn)換和儲儲能材料。(2)新型光光電子材料及及器件。(3)生物醫(yī)醫(yī)用材料。(4)信息功功能材料。(5)輕質(zhì)高高強材料。(6)納米無無機材料?！纠?】(2009··四川理綜，，6)開發(fā)新新材料是現(xiàn)代代科技發(fā)展的方向之一。。下列有關材材料的說法正正確的是()A．氮化硅陶陶瓷是新型無無機非金屬材材料B．C60屬于原子晶晶體，用于制制造納米材料料C．纖維素乙乙酸酯屬于天天然高分子材材料D．單晶硅常常用于制造光光導纖維解析：本題考查材料料的類別、性性質(zhì)等，意在在考查考生對對化學在生產(chǎn)、生生活中應用的的了解。B項項，C60屬于分子晶體體，可用于制造納納米材料；C項，纖維素素乙酸酯屬于于合成高分子材料；C項項，制造光導導纖維的原料料是高純石英英粉（SiO2)。答案：A變式訓練2．(2010·模擬題題)碳化鈦(TiC)、碳化化硼(B4C3)、氮化硅(Si3N4)等非氧化物陶陶瓷是新型無無機非金屬材材料研究的重重要方向，合合成這些物質(zhì)需需在高溫條件件下進行，在在合成它們的的過程中必須須注意()A．通入足量量氧氣B.避免與氧氣氣接觸C．通入少量量氯氣D．．通入少量氧氧氣解析：“C”與“Si”均在高高溫條件易與與O2反應生成氧化化物，所以在合合成TiC、、B4C3、Si3N2時要避免與氧氧氣接觸。答案：B客觀題以考查硅元素素的特殊性，，現(xiàn)代新材料料及與傳統(tǒng)材材料的差異為主主?！究碱}一】(2009··重慶理綜，，6)材料與化學密密切相關，表表中對應關系錯誤誤的是()選項材料主要化學成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅審題視點：材料的學名、俗名與其主要成分的關系。審題視點：材料的學名、、俗名與其主主要成分的關關系。思維導圖標準答案：A高分解密不能正確選出出A項，主要要原因是對材材料的組成記記不熟。常見見新型無機非非金屬材料有有：(1)高溫結(jié)結(jié)構(gòu)陶瓷：主主要指利用其其強度、硬度度、韌性等機機械性能制成的各種種材料。如氧氧化鋁陶瓷、、氮化硅陶瓷瓷等，在工業(yè)業(yè)、國防上有重要的的價值。(2)光導纖纖維：簡稱光光纖，是一種種能高質(zhì)量傳傳導光的玻璃璃纖維。用于通訊訊、醫(yī)療、信信息處理、遙遙測遙控、照照明等。(光光纖主要成分是SiO2)。(3)材料按按其組成可分分為三類：金金屬材料、無無機非金屬材材料和有機高高分子材料。。金屬材料主主要指各種合合金等。無機機非金屬材料料又分為傳統(tǒng)統(tǒng)無機非金屬屬材料和新型型無機非金屬屬材料。有機機高分子材料料又包括塑料料、橡膠、纖纖維等。(4)復合合材料料：由由金屬屬材料料、陶陶瓷材材料、、高分分子材材料復復合而而成，，其強強度、、韌性性和耐耐腐蝕蝕等性性能比比單一一材料料更好好，是是一類類具有有廣闊闊發(fā)展展前景景的新新型材材料。。主觀題題以考查查硅元元素單單質(zhì)及及其化化合物物的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化、、制備備新材材料等內(nèi)容容為主主?！究碱}題二】】單晶硅硅是信信息產(chǎn)產(chǎn)業(yè)中中重要要的基基礎材材料。。通常常用碳碳在高溫下下還原原二氧氧化硅硅制得得粗硅硅(含含鐵、、鋁、、硼、、磷等雜質(zhì)質(zhì))，，粗硅硅與氯氯氣反反應生生成四四氯化化硅(反應應溫度度50～～500℃℃)，，四氯氯化硅硅經(jīng)提提純后后用氫氫氣還還原可可得高高純硅。。以下下是實實驗室室制備備四氯氯化硅硅的裝裝置示示意圖圖。相關信信息如如下：：a．四四氯化化硅遇遇水極極易水水解；；b．硼硼、鋁鋁、鐵鐵、磷磷在高高溫下下均能能與氯氯氣直直接反反應生生成相相應的的氯化化物；；c．有有關物物質(zhì)的的物理理常數(shù)數(shù)見下下表：：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點/℃57.712.8－315－熔點/℃－70.0－107.2－－－升華溫度/℃－－180300162請回答答下列列問題題：(1)寫出出裝置置A中中發(fā)生生反應應的離離子方方程式式MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)裝置置A中中g(shù)管管的作作用是是________；裝裝置C中的的試劑劑是________；；裝置置E中中的h瓶需需要冷冷卻的的理由由是_________________________。(3)裝置置E中中h瓶瓶收集集到的的粗產(chǎn)產(chǎn)物可可通過過精餾餾(類類似多多次蒸蒸餾)得到到高純純度四四氯化化硅，，精餾餾后的的殘留留物中中，除除鐵元元素外外可能能還含含有的的雜質(zhì)質(zhì)元素素是（填寫寫元素素符號號)。。(4)為了了分析析殘留留物中中鐵元元素的的含量量，先先將殘殘留物物預處處理，，使鐵鐵元素素還原原成Fe2＋，再用用KMnO4標準溶溶液在在酸性性條件件下進進行氧氧化還還原滴滴定，，反應應的離離子方方程式式是：：5Fe2＋＋MnO＋＋8H＋5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O平衡壓壓強濃硫酸酸使SiCl4冷凝Al、、P、、Cl①滴定定前是是否要要滴加加指示示劑？？________(填填“是是”或或“否否”)，請請說明明理由由__________________________________________。②某同同學稱稱取5.000g殘留留物，，經(jīng)預預處理理后在在容量量瓶中中配制制成100mL溶溶液，，移取取25.00mL試樣樣溶液液，用用1.000××10－2mol·L－1KMnO4標準準溶溶液液滴滴定定。。達達到到滴滴定定終終點點時時，，消消耗耗標標準準溶溶液液20.00mL，，則則殘殘留留物物中中鐵鐵元元素素的的質(zhì)質(zhì)量量分分數(shù)數(shù)是是________。。思路路點點撥撥：：制四四氯氯化化硅硅是是由由粗粗硅硅與與Cl2反應應得得到到的的，，所所以以必必須須先先制制得得Cl2，因因SiCl4極易易水水解解，，所所以以Cl2須干干燥燥，，再再根根據(jù)據(jù)表表格格數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)分分析析提提純純SiCl4的方法。。(1)書寫的的是離子子方程式式，B裝裝置中盛盛放飽和和食鹽水水除去HCl，，C裝置置中用濃濃H2SO4除水以制制得干燥燥純凈的的Cl2；否KMnO4溶液自身身可作指指示劑4.480%(2)A中用恒恒壓分液液漏斗平平衡壓強強，使液液體順利利流下；；h瓶用用冷卻液冷卻主主要目的的是得到到SiCl4；(3)精餾粗粗產(chǎn)物得得到SiCl4，溫度應應控制在57.7℃，此此時BCl3變?yōu)闅怏w體，但AlCl3、FeCl3、PCl5均殘留在瓶中，，所以殘殘留雜質(zhì)質(zhì)元素是是Fe、、Al、、P、Cl，(4)中中①滴定定時MnO是自身指指示劑，，終點時時變?yōu)樽献霞t色且且30s內(nèi)不不變即可可讀數(shù)；②中中5Fe2＋～MnO1xnn＝1.000××10－2mol·L－1×20mL××10－3L·mL－1＝2.000××10－4molx＝1.000××10－3mol，從從100mL中取取出25mL，原原溶液液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3mol，w＝=4.480%。高分解解密本題以以硅的的制取取及提提純?yōu)闉橹R識平臺臺，同同時考考查了了氯氣氣的制制備、凈凈化。。實驗驗條件件的控控制，，實驗驗事故故的預預防。。對實實驗數(shù)數(shù)據(jù)的的處理能能力，，對物物質(zhì)性性質(zhì)在在實驗驗條件件選擇擇中的的應用用分析析能力力。解解答時一一定要要仔細細閱讀讀題干干內(nèi)容容(給給出了了制高高純度度硅的的原理理和儀儀器)和和問題題內(nèi)容容[如如(2)中中“裝裝置E中的的h瓶瓶需冷冷卻的的理由由—根根據(jù)SiCl4的沸點就可可分析出為為了使SiCl4(g)―→→SiCl4(l)”]，認真分析每種儀儀器作用，，盛放試劑劑及發(fā)生的的反應，聯(lián)聯(lián)想到實驗驗過程中每一操作作細節(jié)。知識支持制取高純硅硅的化學反反應(1)SiO2＋2C2CO＋Si(得到粗粗硅)。高溫(2)Si＋2Cl2SiCl4(只是粗硅硅中的硅反反應，剩余余了雜質(zhì)，，得到SiCl4是純凈物)。450。C~500。C(3)SiCl4＋2H2Si＋4HCl↑(得到高純純硅)。(利用了物物質(zhì)在不同同溫度下的的狀態(tài)不同同，結(jié)合平平衡移動原原理來制取取高純硅。。)1．(5分分)(2010·原原創(chuàng)題)2009年年10月諾諾貝爾物理理獎誕生了了，其中擁擁有英國和美美國雙重國國籍的華人人高錕，又又被稱為““光纖之父父”是獲此殊榮的的三人之一一。下列有有關光纖的的說法錯誤誤的是()A．“光纖纖”是光導導纖維的簡簡稱，是只只傳輸光不不導電的一一種材料B．光纖的的主要成分分是硅，可可溶于NaOH溶液液中C．光纖的的主要成分分是二氧化化硅，可溶溶于氟化氫氫溶液中D．光纖、、石英、水水晶的主要要成分均相相同答案：B2．(5分分)(2010·模模擬題)下下列表述正正確的是()①人造剛玉玉熔點很高高，可用作作高級耐火火材料，主主要成分是是二氧化硅②②化學家家采用瑪瑙瑙研缽摩擦擦固體反應應物進行無無溶劑合成，，瑪瑙的主主要成分是是硅酸鹽③③提前建建成的三峽峽大壩使用了了大量水泥泥，水泥是是硅酸鹽材材料④夏夏天到了，，游客佩戴由由添加化亞亞銅的二氧氧化硅玻璃璃制作的變變色眼鏡來來保護眼睛⑤⑤太陽能能電池可采采用硅材料料制作，其其應用有利利于環(huán)保、節(jié)節(jié)能A．①②③③B.②④C.③④⑤⑤D.③⑤解析：本題主要考考查硅及其其化合物的的具體應用用。剛玉的主要成分分為Al2O3；瑪瑙的主主要成分是是SiO2；玻璃的主要成分為為NaSiO3、CaSiO3、SiO2；水泥的主主要成分為為3CaO··SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3等，為硅酸酸鹽材料；Cu2O雖然是紅紅色的，但但它不能變變色，也不不能吸收有有害光線；硅硅材料不會會產(chǎn)生對環(huán)環(huán)境有害的的物質(zhì)。答案：D3．(5分分)(2010·徐徐州市一中中期中考題題)石棉是是一類價格格低廉的硅硅酸鹽材料，但但是有毒，，能使人患患肺癌。一一種叫礦青青石棉的化化學式為：Na2Fe5Si8O22(OH)2，用稀硝酸酸溶液處理理時，還原原產(chǎn)物只有有NO，下列列說法正確確的是()A．該物質(zhì)質(zhì)中Fe元元素的化合合價為＋2價，它屬屬于硅酸鹽鹽B．該物質(zhì)質(zhì)的化學組組成可表示示為：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OC．1mol該物物質(zhì)能和18molHNO3反應，也能能與18mol鹽鹽酸反應D．這種石石棉屬于新新型無機非非金屬材料料解析：選項A，根根據(jù)化合價價代數(shù)和等等于零的原原則，設Fe元素的的價態(tài)為＋n價，則有2＋5n＋32－44－2＝＝0，n＝2.4，，故該物質(zhì)質(zhì)中Fe元元素的化合價為為＋2和＋＋3價。根根據(jù)硅酸鹽鹽改寫成氧氧化物形式式的規(guī)則可可知選項B正確確；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O與HNO3反應生成NaNO3、Fe(NO3)3，起酸性作作用的硝酸酸是17mol，，起氧化劑劑作用的是1mol，所以以共需18molHNO3，但該物質(zhì)質(zhì)只能與14mol鹽酸反反應；選項D，石棉屬屬于傳統(tǒng)無無機非金屬屬材料。答案：B4．(5分分)(2010·模模擬題)氮化硅(Si3N4)是一種新新型陶瓷材材料，它可由石英英與焦炭在在高溫的氮