【人教创新设计】高考化学一轮复习 第一节 无机非金属材料的主角硅

非金属及其化合物是中学化学中重要知识部分，也是高考的命题重点与热点，在各省份历年高考试题中所占比例较大，试题分值高，综合性可弱可强，出题形式非常灵活，是高考备考的重要内容。此部分的专题内容由硅、氯、硫和氮四种元素及其化合物组成。对硅常以选择题或实验题形式考查Si、SiO2结构与性质和新材料应用，如2009四川理综6、2009浙江理综28。

第四章非金属及其化合物对氯元素多以选择题，填空题形式考查Cl2性质及制法和含氯化合物性质，如2009山东理综10、2009江苏化学18、2009上海化学14。对硫元素以选择题、填空题、实验题形式考查SO2、H2SO4的核心性质，同时也涉及O3、H2O2、酸雨等问题，如2009福建理综7、2009广东化学17、2009四川理综26、2009上海化学30。对氮元素以选择题、填空题、推断题、实验题形式考查N2、NO、NO2、HNO3、NH3、铵盐的重要性质，如2009江苏化学3、2009宁夏理综7、2009山东理综28、2009全国Ⅱ理综28、2009北京理综27、2009上海化学31。高考试题清晰显示，硅、氯、硫、氮非金属元素及其化合物知识不仅会以单一元素考查，还往往与一些重要的基本概念、基本理论及其他元素化合物知识揉合在一起，进行学科内知识的综合考查。以下几方面仍需重点关注。1．以硅和碳为载体，反映新材料、新技术的题目会在高考试题中出现，考查学生接受处理新信息能力。2．以氯元素为核心，把握其性质、制法和转化关系，同时兼顾与之相关的基本概念和理论的考查，尤其是氧化还原反应，离子反应等内容。3．以SO2、H2SO3还原性、浓H2SO4氧化性为主要内容，H2O2、O3为辅助内容，进一步深入研究化学平衡理论和环境保护问题。4．以N2、NH3结构和性质，NO、NO2溶于水的计算，HNO3的强氧化性为载体，考查基本概念基本理论的应用和实验计算的能力，联系环境保护，考查学生综合分析处理问题能力。

1．了解硅单质及其主要化合物SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的主要性质。2．了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特性与应用。3．以上各部分知识的综合应用。

第一节无机非金属材料的主角——硅1．硅单质

硅在地壳中的含量居第

位，仅次于

，全部以

态存在，是一种

元素。 主要形成

价的化合物。 单质硅有

和

形两种，是良好的

材料。 常温下，化学性质

。2氧化合亲氧＋4晶体无定半导体不活泼2．二氧化硅(SiO2) (1)物理性质 ①天然的二氧化硅称为硅石，存在形态分

形和

形。 ②二氧化硅是

、

、

的主要成分，具有硬度

、熔点

、

导电、不溶于水等性质。 (2)SiO2的结构 在SiO2的晶体中，每个硅原子与

个氧原子结合，每个氧原子与

个硅原子结合，即SiO2晶体是由Si和O按

的比例所组成的

空间网状结构的晶体。结晶无定岩石沙子土壤大高不421∶2正四面体(3)化学性质①酸性氧化物的通性SiO2＋CaOSiO2＋

NaOH===②与碳的反应：SiO2＋

C③与氢氟酸的反应：SiO2＋4HF===(4)用途SiO2可用于制造

、石英坩埚、饰物等。CaSiO3Na2SiO3＋H2O2Si＋2CO↑SiF4↑＋2H2O光导纤维2思考：C与Si同属第IVA元素，其相应的氧化物CO2与SiO2性质有哪些异同点？提示：CO2与SiO2比较二氧化碳二氧化硅存在空气中存在于岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土都含SiO2物理性质熔、沸点低，常温下是气体，微溶于水坚硬难熔的固体，不溶于水化学性质与水CO2＋H2OH2CO3不反应与酸不反应除氢氟酸外不反应与NaOH溶液CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与CaOCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaOCaSiO3用途饮料、制纯碱光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、电子部件等1．硅酸 (1)性质 硅酸是难溶于水的

酸，其酸性比碳酸

，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。 ①硅酸不稳定，受热易分解：

。 ②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为：

。弱还弱H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O③硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时——

；浓度较大时——

。硅酸凝胶干燥脱水→硅酸干凝胶，又称硅胶，吸附水的能力强，常用作

，也用作催化剂的载体。(2)制备Na2SiO3＋2HCl===

，Na2SiO3＋CO2＋H2O===

。无色透明液体凝胶干燥剂2NaCl＋H2SiO3↓Na2CO3＋H2SiO3↓2．硅酸酸盐(1)硅酸盐是是由、和组成的化化合物的的总称。。硅酸盐盐是一类类结构复杂的物物质，一一般都。化学性性质很，通常用用和的形式表表示其组组成．(2)用用氧化物物的形式式表示下下列硅酸酸盐的组组成。①硅酸钠：：Na2SiO3；②硅酸钙：：CaSiO3；③高岭石：：Al2(Si2O5)(OH)4。硅氧金属不溶于水水稳定二氧化硅金属氧化物物Na2O·SiO2CaO·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O延伸：硅酸酸盐由于组组成比较复复杂，常用用氧化物形形式表示。。氧化物的顺序序：活泼金金属氧化物物→较活泼金属属氧化物→二氧化硅→水氧化物前系系数配置原原则：除氧氧元素外，，其他元素素按原子个个数守恒原原则配置系系数。注意事项：：①氧化物之间间以“·”隔开；②系数配置出出现分数应应化为整数数。硅是一种不不活泼的非非金属，一一般情况下下不易参加加化学反应应，常温下下与O2、Cl2、浓H2SO4、浓HNO3不反应，但但可与NaOH溶液液、氟气、、氢氟酸反反应。加热时，能能与氧气反反应生成二二氧化硅，，Si＋O2SiO2，但与氧化化性酸等都都不反应，，工业上在在电炉中用用碳还原二二氧化硅可可制得粗硅硅：2C＋SiO2Si＋2CO↑。二氧化硅也也是一种原原子晶体，，不溶于水水，熔点高高，硬度大大，由于二二氧化硅中中的硅氧键键键能很大大，所以它它的化学性性质稳定，，除氢氟酸酸外不与其其他酸反应应；二氧化化硅是硅酸酸的酸酐，，能与强碱碱或碱性氧氧化物反应应生成硅酸酸盐；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaOCaSiO3二氧化硅与氢氢氧化钠反反应的产物物硅酸钠，，可溶于水水，有粘合合作用，是是一种不燃燃、不腐的的矿物胶，，所以实验验室盛碱溶溶液的试剂剂瓶常用橡橡皮塞，而而不用玻璃璃塞。将CO2通入硅酸钠钠溶液可生生成白色絮絮状沉淀H4SiO4，说明硅酸酸的酸性比比碳酸还弱弱，H4SiO4易失水生成成H2SiO3。【例1】(2010·原创创)下列说法正确确的是()A．二氧化化硅是酸性性氧化物，，它可以跟跟碱反应，，但不能与与任何酸反反应B．根据反反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸酸性比碳碳酸强C．二氧化化碳通入硅硅酸钠溶液液中可以制制得硅酸D．晶体硅硅常被用来来制造光导导纤维解析：二氧化硅是是酸性氧化化物，但它它可以与氢氢氟酸发生生反应。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O↑；反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑只有在高温温下才能进进行，由于于CO2是气体，生生成后脱离离反应体系系使反应得得以继续进进行，但这这不能说明明硅酸的酸酸性比碳酸酸的酸性强强；要比较较硅酸和碳碳酸的酸性性强弱就是是要比较它它们在水溶溶液中电离离出H＋的难易程度度，如CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，符合强酸酸制弱酸的的规律，也也可说明碳碳酸的酸性性比硅酸的的强；SiO2是光导纤维维的主要成成分，光导导纤维可以以用SiO2来制取。答案：C硅及其化合合物知识中中的特例1．非金属单质质一般为绝绝缘体(如如硫)，但但Si却为为半导体。。2．非金属属单质与碱碱反应一般般是非金属属发生歧化化反应(非非金属单质质既作氧化化剂，又作作还原剂)，而Si与碱液反反应却只作作还原剂。。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O)3．C、Si同属ⅣA族，还原原性是Si大于C，，而C却能能将Si从从SiO2中还原出来来(条件是是高温)，，原因是产产物CO气气体迅速从从反应体系系中逸出。。SiO2＋2CSi＋2CO↑4．非金属属单质一般般不跟非氧氧化性酸作作用，而Si却能与与HF发生生反应。Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑5．酸性氧氧化物一般般不与酸发发生非氧化化还原反应应，但SiO2却能与HF作用。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O6．无机酸酸一般易溶溶于水，而而H2SiO3及H4SiO4却难溶于水水。7．“玻璃非玻璃璃，名碱却却是盐”，这是Na2SiO3的写照，该该物质的水水溶液俗名名为“水玻璃”，但它与玻玻璃却大相相径庭；Na2SiO3因水解显碱碱性，俗名名“泡花碱”，但它却不不是碱，而而是盐。1．下列说法正确确的是()A．二氧化化硅溶于水水显酸性，，所以二氧氧化硅属于于酸性氧化化物B．二氧化化硅是酸性性氧化物，，它不溶于于任何酸C．二氧化化碳通入水水玻璃可以以得到原硅硅酸D．因为高高温时二氧氧化硅与碳碳酸钠反应应放出二氧氧化碳，所所以硅酸的的酸性比碳酸强解析：二氧化硅不不溶于水，，能溶于氢氢氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，碳酸钠钠与二氧化化硅在高温温下能反应应是因为产产生的CO2气体不断逸逸出，使化化学平衡不不断向生成成物的方向向移动，故故A、B、、D不正确确。答案：C硅与二氧化化硅都是原原子晶体，，其结构模模型可由金金刚石的结结构类推，，如果将金金刚石结构构中的碳原原子全部用用硅原子代代换，则为为硅晶体，，在硅晶体体中，每两两个硅原子子之间夹一一个氧原子子，即为二二氧化硅。。由于键长长：Si——Si＞Si—C＞＞C—C，，所以，其其硬度和熔熔、沸点：：硅晶体＜＜碳化硅＜＜金刚石。。注：二氧化硅的的熔、沸点点比硅低。。1．金刚石石与晶体硅硅的结构相相似，它们们都是以4个共价键键形成的正正四面体空空间网状结结构，键角角均为109°28′。2．CO2和SiO2的结构不同同，CO2具有分子结结构，其结结构式为O===C===O，电子式式为，直线形分分子，常温温下为气体体，而SiO2无分子结构构，它以[SiO4]四面体为为基本结构构单元。O—Si——O夹角为为109°°28′，每个O原子子又同时连连接2个硅硅原子。【例2】1molSiO2晶体中含有Si—O共共价键的物物质的量是是()A．1molB．2molC．3molD．．4mol解析：1molSiO2中含有4mol共共价键。在在SiO2晶体中，是是由许多个个[SiO4]四面体组组成的。每每个Si原原子周围结结合着4个个O原子，，同时每个个O原子又又与两个Si原子结结合，如：：每个四面面体均以Si原子为为中心，包包括4个Si—O键键。答案：D2．1mol晶体硅中含有有Si—Si键的数数目是(设设阿伏加德德罗常数为为NA)()A．0.5NAB．NAC．2NAD．4NA解析：晶体硅结构构与金刚石石相似，每每个硅原子子与另外4个硅原子子相连，Si—Si键夹角109°28′。其中在计计数时，每每个Si——Si键数数过2次，，总数应减减半。Si—Si键数目为为2NA。答案：C【例1】(2010·模拟拟精选，广广东中山模模拟)下列说法中，，不正确的的是()A．SiO2和CO2都是酸性氧氧化物，均均可与NaOH溶液液反应B．SiO2不能与任何何酸发生反反应C．SiO2和CO2在一定条件件下，均可可与CaO发生反应应D．SiO2不溶于水，，而CO2可与水反应应，生成H2CO3解析：SiO2是一种酸性性氧化物，，但是可与与HF溶液液发生反应应，生成SiF4和H2O，答案为为B。答案：B高分策略本题考查了了二氧化碳碳与二氧化化硅的属类类及性质。。比较时要要从二者的的物质类别别和结构类类型去分析析，同时要要注意二者者物理、化化学性质差差异的合理理解释。【例2】(19分)获取知识和信信息是现代代人不可缺缺少的素质质，信息产产业的飞速速发展离不不开材料科科学的推动动。(1)光导导纤维是一一种能高质质量传导光光的玻璃纤纤维，利用用光缆通讯讯，能同时时传输大量量信息。制制造光纤电电缆的主要要原材料的的化学式是是____________________________________________________________，，它属于________材料料。(2)信息产业的核核心材料是是高纯度的的硅，高纯纯度的单晶晶硅生产方方法之一：：SiO2(粗硅)SiHCl3(沸点31.5℃)Si超纯硅(多多晶硅)→单晶硅近代用得较较多的另一一种方法(之二)是是：用金属属硅化物(Mg2Si)与盐盐酸作用制制得硅烷，，再热分解解硅烷可得得高纯硅。。单晶硅可可用来制作作大规模集集成电