人教版高考化学一轮复习 第2节 硅及其化合物 无机非金属材料课件 大纲人教

1、第二节硅及其化合物无机非金属材料复习目标展示1.掌握Si、SiO2、Na2SiO3等物质的结构、性质、用途。2.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特征及应用。 2022/7/30 星期六1知识点1问题1：硅及其化合物性质中的许多化学反应都是在 什么条件下进行的？ 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，地壳中含 量仅次于 。 化合物O(2)单质的晶体结构单质硅有 和 两种同素异形体，晶体硅是 形的空间网状结构，属于 晶体。无定形晶体正四面体原子2022/7/30 星期六2(3)单质的物理性质晶体硅颜色： 色，熔、沸点： ，硬度 。导电性：良好的半导体材料。 灰黑很

2、高很大 (4)化学性质 概述：常温下化学性质不活泼，不与 、 反应，只与 、 、 反应。 强酸强氧化剂F2HFNaOH主要反应： 2022/7/30 星期六3SiO22C Si2CO (5)工业制法化学方程式为： 。 高温(6)用途 半导体材料；作变压器铁芯；加入铁中制耐酸设备。 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 ，透明的石英俗称 ，它是 (写化学式)晶体，熔点高和硬度大。SiO2水晶SiO2(2)晶体结构 晶体类型： 。原子结合方式：1个硅原子同时与 个氧原子结合，1个氧原子同时与 个硅原子结合，硅原子与氧原子个数比为 。 原子晶体421 22022/7/

3、30 星期六4 (3)化学性质 二氧化硅是一种 氧化物，能与碱、碱性氧 化物及部分 盐反应： 酸性(4)用途沙子用于建筑，石英用于制造玻璃，纯SiO2用于制造电子部件、光学器材和光导纤维。2022/7/30 星期六53硅酸(H2SiO3)及其盐 (1)硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸Na2SiO3CO2H2O Na2CO3H2SiO3，Na2SiO32HCl 2NaClH2SiO3。 (2)硅酸盐常用的硅酸盐是Na2SiO3，俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，显碱性，易吸收空气中的CO2而生成硅酸，因而需密封保存。 硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，种类很多，结构复杂，常用

4、氧化物的形式来表示其组成。表示顺序一般为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。例如：硅酸钠Na2SiO3：Na2OSiO2；钙沸石CaAl2Si3O103H2O：CaOAl2O33SiO23H2O。 2022/7/30 星期六6思维延伸 2022/7/30 星期六7知识点2 无机非金属材料问题2：传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的差别 是什么？ 4三种传统硅酸盐工业的比较类别水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土、石膏纯碱、石灰石石英(SiO2)黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑生产过程原料 生料 熟料 成品原料 混合（按比例） 熔化 成型混合 成型 干燥 烧结 冷却磨细煅烧石膏粉

5、粉碎强热加添加剂2022/7/30 星期六8主要反应复杂物理、化学变化Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2复杂物理、化学变化主要成分3CaOSiO2；2CaOSiO2；3CaOAl2O3普通玻璃：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2主要性能水硬性(不可逆过程)无固定熔、沸点，在一定温度范围内软化抗氧化、抗酸碱腐蚀，耐高温种类不同标号普通玻璃、特种玻璃陶器、瓷器等高温2022/7/30 星期六95.新形无机非金属材料 新开发利用的如氮化硅Si3N4、刚玉Al2O3等陶瓷，光导纤维 等无机非金属材料，这些材料具有特殊结构，特殊功能，如 半导体材料，超硬

6、耐高温材料，发光材料等，都称为新型无 机非金属材料。 思维延伸(1)传统无机非金属材料是指水泥、玻璃、陶瓷等，其优点是抗腐蚀、耐高温等，但也有质脆，经不起热冲击等弱点。(2)钢化玻璃与普通玻璃的成分相同。2022/7/30 星期六10考点1 硅及其化合物的特殊性1硅的还原性比碳强，但在高温下，碳能从二氧化硅中还原出硅。 SiO22C Si2CO高温这可从化学平衡的角度理解，由于产物CO为气体，它的放出促使反应向正反应方向进行。2022/7/30 星期六112碳酸的酸性比硅酸强，在水溶液中可发生反应如Na2SiO3 CO2H2O H2SiO3Na2CO3。但高温下，可发生反应 Na2CO3SiO

7、2 Na2SiO3CO2，CaCO3SiO2 CaSiO3CO2。这是因为该反应不是在水溶液中，而是在 高温条件下发生的。高温高温3常温条件下，非金属单质一般不与强碱溶液反应而Si单质 可与强碱溶液反应，Si2NaOHH2O Na2SiO32H2。 4非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟氢氟酸作 用：Si4HF SiF42H2。5非金属氧化物一般为分子晶体，但SiO2为原子晶体。2022/7/30 星期六126酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与氢氟酸作用。7无机酸一般易溶于水，但H2SiO3和H4SiO4均难溶于水。8硅酸钠水溶液俗称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。9SiO2虽是硅

8、酸的酸酐，但却不能用SiO2和水反应制备硅酸， 只能用可溶性硅酸盐溶液跟酸作用来制取。10SiO2是熔点最高的非金属氧化物，H2SiO3是常温下呈固态 的酸。2022/7/30 星期六13要点深化Si及SiO2的特性，常常作为推断题的突破口和解题关键。因此要熟练掌握好Si及SiO2的特性。应用时，还要注意能与NaOH溶液(除活泼金属外)反应产生H2的除Si外还有Al。 【例1】 (2009全国高考题改编题)在下列物质的转化关系中，A 是一种固体单质，E是一种白色沉淀，据此填写下列空白： 2022/7/30 星期六14SiO22OH SiO H2O(1)B的化学式是_。(2)B和a溶液反应的离子

9、方程式是_。(3)G和盐酸溶液反应的化学方程式是 。解析：G与过量HCl反应生成白色沉淀E，G可能是AgNO3或Na2SiO3，E是AgCl或H2SiO3；再结合E加热生成氧化物B，判断E为H2SiO3，B为SiO2、D为H2O、A为Si、G是Na2SiO3、F是H2、H是NaCl。SiO2Na2SiO32HCl 2NaClH2SiO3 2022/7/30 星期六15变式训练1(2010湖北部分重点中学联考)2009年10月6日瑞典皇家科 学院宣布，英国华裔科学家高锟以及两名美国科学家威拉 德博伊尔和乔治史密斯获得2009年诺贝尔物理学奖， 以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。下列有

10、关光导纤维和半导体的说法中错误的是 ()A二氧化硅是制备光导纤维的主要原料，光导纤维遇 强碱会“断路”B作半导体材料的硅位于周期表中第三周期A族C工业上，利用二氧化硅热分解法冶炼硅D二氧化硅和硅的晶体类型相同2022/7/30 星期六16解析：因为SiO2可与强碱反应生成硅酸盐和水，所以光导纤维遇强碱会“断路”，A项叙述正确；工业上用SiO2与C反应制取粗硅，然后以粗硅、Cl2、H2为原料再制取精硅，显然C项叙述不正确；B、D两项叙述正确。答案：C2022/7/30 星期六17考点2 材料及新材料新型无机非金属材料：主要指高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。新型无机非金属材料除继承传统无机非金

11、属材料的许多优点、克服某些弱点外，还具有如下特性：(1)耐高温、强度高。如氮化硅陶瓷在1 200左右的高温下，仍具有很高的硬度，可用来制造气轮机的叶片、轴承、永久模具等。(2)具有电学特性。如氧化锡陶瓷，可用作集成电路中的半导体。(3)具有光学特性。如光导纤维，用于光缆通讯、医疗、信息处理等。(4)具有生物功能。如磷酸钙系陶瓷，可用于制造人造骨骼等。 2022/7/30 星期六18要点深化今后无机非金属材料的发展趋势(1)新型能源转换和储能材料。(2)新型光电子材料及器件。(3)生物医用材料。(4)信息功能材料。(5)轻质高强材料。(6)纳米无机材料。 2022/7/30 星期六19【例2】

12、(2009四川理综，6)开发新材料是现代科技发展 的方向之一。下列有关材料的说法正确的是 () A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 B C60属于原子晶体，用于制造纳米材料 C纤维素乙酸酯属于天然高分子材料 D单晶硅常用于制造光导纤维 解析：本题考查材料的类别、性质等，意在考查考生对化学在生产、生活中应用的了解。B项，C60属于分子晶体，可用于制造纳米材料；C项，纤维素乙酸酯属于合成高分子材料；C项，制造光导纤维的原料是高纯石英粉（SiO2)。答案：A2022/7/30 星期六20变式训练2(2010模拟题)碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅(Si3N4) 等非氧化物陶瓷是新型无机非金

13、属材料研究的重要方向，合 成这些物质需在高温条件下进行，在合成它们的过程中必须 注意 () A通入足量氧气 B.避免与氧气接触 C通入少量氯气 D通入少量氧气 解析：“C”与“Si”均在高温条件易与O2反应生成氧化 物，所以在合成TiC、B4C3、Si3N2时要避免与氧气接触。 答案：B2022/7/30 星期六21客观题 以考查硅元素的特殊性，现代新材料及与传统材 料的差异为主。 【考题一】 (2009重庆理综，6)材料与化学密切相关，表中 对应关系错误的是 ()选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅审题视点：材料的学

14、名、俗名与其主要成分的关系。2022/7/30 星期六22审题视点：材料的学名、俗名与其主要成分的关系。思维导图标准答案：A 2022/7/30 星期六23高分解密 不能正确选出A项，主要原因是对材料的组成记不熟。常见新型无机非金属材料有： (1)高温结构陶瓷：主要指利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料。如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等，在工业、国防上有重要的价值。 (2)光导纤维：简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。用于通讯、医疗、信息处理、遥测遥控、照明等。(光纤主要成分是SiO2)。 2022/7/30 星期六24 (3)材料按其组成可分为三类：金属材料、无机非金属材料和有机高

15、分子材料。金属材料主要指各种合金等。无机非金属材料又分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。有机高分子材料又包括塑料、橡胶、纤维等。 (4)复合材料：由金属材料、陶瓷材料、高分子材料复合而成，其强度、韧性和耐腐蚀等性能比单一材料更好，是一类具有广阔发展前景的新型材料。 2022/7/30 星期六25主观题 以考查硅元素单质及其化合物的转化、制备新材料 等内容为主。【考题二】 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 50500)，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

16、的装置示意图。 2022/7/30 星期六26相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b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；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/1803001622022/7/30 星期六27请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的离子方程式MnO24H2Cl Mn2Cl22H2O。 (2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。 (3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后

17、的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 （填写元素符号)。 (4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：5Fe2MnO 8H 5Fe3Mn24H2O 平衡压强浓硫酸使SiCl4冷凝Al、P、Cl2022/7/30 星期六28滴定前是否要滴加指示剂？_(填“是”或“否”)，请说明理由_。 某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000102 molL1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00

18、mL，则残留物中铁元素的质量分数是_。思路点拨：制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得Cl2，因SiCl4极易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。(1)书写的是离子方程式，B装置中盛放饱和食盐水除去HCl，C装置中用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的Cl2；否KMnO4溶液自身可作指示剂4.480%2022/7/30 星期六29(2)A中用恒压分液漏斗平衡压强，使液体顺利流下；h瓶用冷却液冷却主要目的是得到SiCl4；(3)精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7，此时BCl3变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留在瓶中，所以残留杂质元

19、素是Fe、Al、P、Cl，(4)中滴定时MnO 是自身指示剂，终点时变为紫红色且30 s内不变即可读数；中5Fe2MnO 1x nn1.000102 molL120 mL103 LmL12.000104 mol 2022/7/30 星期六30 x1.000103 mol，从100 mL中取出25 mL，原溶液中n(Fe2)4.000103 mol， w =4.480%。 高分解密 本题以硅的制取及提纯为知识平台，同时考查了氯气的制备、净化。实验条件的控制，实验事故的预防。对实验数据的处理能力，对物质性质在实验条件选择中的应用分析能力。解答时一定要仔细阅读题干内容(给出了制高纯度硅的原理和仪器)

20、和问题内容如(2)中“装置E中的h瓶需冷却的理由根据SiCl4的沸点就可分析出为了使SiCl4(g)SiCl4(l)”，认真分析每种仪器作用，盛放试剂及发生的反应，联想到实验过程中每一操作细节。 2022/7/30 星期六31知识支持 制取高纯硅的化学反应 (1)SiO22C 2COSi(得到粗硅)。 高温(2)Si2Cl2 SiCl4(只是粗硅中的硅反应，剩余了杂质，得到SiCl4是纯净物)。 450。C500。C(3)SiCl42H2 Si4HCl(得到高纯硅)。(利用了物质在不同温度下的状态不同，结合平衡移动原理来制取高纯硅。) 2022/7/30 星期六321(5分)(2010原创题)

21、2009年10月诺贝尔物理奖诞生了，其中拥 有英国和美国双重国籍的华人高锟，又被称为“光纤之父”是 获此殊荣的三人之一。下列有关光纤的说法错误的是 () A“光纤”是光导纤维的简称，是只传输光不导电的一种材料 B光纤的主要成分是硅，可溶于NaOH溶液中 C光纤的主要成分是二氧化硅，可溶于氟化氢溶液中 D光纤、石英、水晶的主要成分均相同 答案：B2022/7/30 星期六332(5分)(2010模拟题)下列表述正确的是 () 人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是 二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无 溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡 大坝使用了大量水泥，水泥是

22、硅酸盐材料夏天到了， 游客佩戴由添加化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来 保护眼睛太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利 于环保、节能 A B. C. D. 2022/7/30 星期六34解析：本题主要考查硅及其化合物的具体应用。刚玉的主要成分为Al2O3；玛瑙的主要成分是SiO2；玻璃的主要成分为NaSiO3、CaSiO3、SiO2；水泥的主要成分为3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等，为硅酸盐材料；Cu2O虽然是红色的，但它不能变色，也不能吸收有害光线；硅材料不会产生对环境有害的物质。答案：D2022/7/30 星期六353(5分)(2010徐州市一中期中考题)石棉是一

23、类价格低廉的硅酸 盐材料，但是有毒，能使人患肺癌。一种叫矿青石棉的化学式 为：Na2Fe5Si8O22(OH)2，用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO，下列说法正确的是 () A该物质中Fe元素的化合价为2价，它属于硅酸盐 B该物质的化学组成可表示为： Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O C1 mol该物质能和18 mol HNO3反应，也能与18 mol盐酸反应 D这种石棉属于新型无机非金属材料2022/7/30 星期六36解析：选项A，根据化合价代数和等于零的原则，设Fe元素的价态为n价，则有25n324420，n2.4，故该物质中Fe元素的化合价为2和3价。根据硅酸盐改写成氧化物形式的规则可知选项B正确；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O与HNO3反应生成NaNO3、Fe(NO3)3，起酸性作用的硝酸是17 mol，起氧化剂作用的是1 mol，所以共需18 mol HNO3，但该物质只能与14 mol盐酸反应；选项D，石棉属于传统无