【大纲创新设计】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

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。

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(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。

灰黑很高很大(4)化学性质①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F2HFNaOH②主要反应：

SiO2＋2CSi＋2CO↑(5)工业制法化学方程式为：

。

高温(6)用途①半导体材料；②作变压器铁芯；③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

①晶体类型：

。②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∶2(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。3．硅酸(H2SiO3)及其盐(1)硅酸：不溶于水，其酸性小于碳酸Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓。(2)硅酸盐①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。②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：Na2O·SiO2；钙沸石CaAl2Si3O10·3H2O：CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O。思维延伸

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粉碎强热加添加剂主要反应复杂物理、化学变化Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑复杂物理、化学变化主要成分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5.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。考点点1硅硅及及其其化化合合物物的的特特殊殊性性1．．硅硅的的还还原原性性比比碳碳强强，，但但在在高高温温下下，，碳碳能能从从二二氧氧化化硅硅中中还还原原出出硅硅。。SiO2＋2CSi＋＋2CO↑↑高温温这可可从从化化学学平平衡衡的的角角度度理理解解，，由由于于产产物物CO为为气气体体，，它它的的放放出出促促使反反应应向向正正反反应应方方向向进进行行。。2．．碳碳酸酸的的酸酸性性比比硅硅酸酸强强，，在在水水溶溶液液中中可可发发生生反反应应如如Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋＋Na2CO3。但但高高温温下下，，可可发发生生反反应应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，，CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。。这这是是因因为为该该反反应应不不是是在在水水溶溶液液中中，，而而是是在在高温温条条件件下下发发生生的的。。高温温高温温3．．常常温温条条件件下下，，非非金金属属单单质质一一般般不不与与强强碱碱溶溶液液反反应应而而Si单单质质可与与强强碱碱溶溶液液反反应应，，Si＋＋2NaOH＋＋H2ONa2SiO3＋2H2↑。4．非金属单单质一般不跟跟非氧化性酸酸作用，但Si能跟氢氟氟酸作用：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。5．非非金属属氧化化物一一般为为分子子晶体体，但但SiO2为原子子晶体体。6．酸酸性氧氧化物物一般般不与与酸作作用，，但SiO2能与氢氢氟酸酸作用用。7．无无机酸酸一般般易溶溶于水水，但但H2SiO3和H4SiO4均难溶溶于水水。8．硅硅酸钠钠水溶溶液俗俗称泡泡花碱碱或水水玻璃璃，但但却是是盐溶溶液。。9．SiO2虽是硅硅酸的的酸酐酐，但但却不不能用用SiO2和水反反应制制备硅硅酸，，只能用用可溶溶性硅硅酸盐盐溶液液跟酸酸作用用来制制取。。10．．SiO2是熔点点最高高的非非金属属氧化化物，，H2SiO3是常温温下呈呈固态态的酸。。要点深深化Si及及SiO2的特性性，常常常作作为推推断题题的突突破口口和解解题关关键。。因此要要熟练练掌握握好Si及及SiO2的特性性。应应用时时，还还要注注意能能与NaOH溶液液(除除活泼泼金属属外)反应应产生生H2的除Si外外还有有Al。【例1】(2009·全全国高高考题题改编编题)在下列列物质质的转转化关关系中中，A是一种种固体体单质质，E是一一种白白色沉沉淀，，据此此填写写下列列空白白：SiO2＋2OH－SiO－－＋H2O(1)B的的化学学式是是________。(2)B和和a溶溶液反反应的的离子子方程程式是是___________________________。(3)G和和盐酸酸溶液液反应应的化化学方方程式式是。解析析：：G与与过过量量HCl反反应应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；再再结结合合E加加热热生生成成氧氧化化物物B，，判判断断E为为H2SiO3，B为为SiO2、D为为H2O、、A为为Si、、G是是Na2SiO3、F是是H2、H是是NaCl。。SiO2Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋＋H2SiO3↓变式式训训练练1．．(2010··湖湖北北部部分分重重点点中中学学联联考考)2009年年10月月6日日瑞瑞典典皇皇家家科科学院宣布，，英国华裔裔科学家高高锟以及两两名美国科科学家威拉拉德·博伊尔尔和乔治··史密斯获获得2009年诺贝贝尔物理学学奖，以奖励他们们在光纤和和半导体领领域上的开开创性研究究。下列有有关光导纤维维和半导体体的说法中中错误的是是()A．二氧化化硅是制备备光导纤维维的主要原原料，光导导纤维遇强碱会“断断路”B．作半导导体材料的的硅位于周周期表中第第三周期ⅣⅣA族C．工业上上，利用二二氧化硅热热分解法冶冶炼硅D．二氧化化硅和硅的的晶体类型型相同解析：因为SiO2可与强碱反反应生成硅硅酸盐和水水，所以光光导纤维遇强碱碱会“断路路”，A项项叙述正确确；工业上上用SiO2与C反应制取粗粗硅，然后后以粗硅、、Cl2、H2为原料再制制取精硅，，显然C项叙叙述不正确确；B、D两项叙述述正确。答案：C考点2材材料料及新材料料新型无机非非金属材料料：主要指指高温结构构陶瓷、光光导纤维、、生物陶瓷瓷等。新型无无机非金属属材料除继继承传统无无机非金属属材料的许许多优点、、克服某些弱弱点外，还还具有如下下特性：(1)耐高高温、强度度高。如氮氮化硅陶瓷瓷在1200℃左左右的高温温下，仍具具有很高的硬硬度，可用用来制造气气轮机的叶叶片、轴承承、永久模模具等。(2)具有有电学特性性。如氧化化锡陶瓷，，可用作集集成电路中中的半导体体。(3)具有有光学特性性。如光导导纤维，用用于光缆通通讯、医疗疗、信息处处理等。(4)具有有生物功能能。如磷酸酸钙系陶瓷瓷，可用于于制造人造造骨骼等。。要点深化今后无机非金金属材料的发发展趋势(1)新型能能源转换和储储能材料。(2)新型光光电子材料及及器件。(3)生物医医用材料。(4)信息功功能材料。(5)轻质高高强材料。(6)纳米无无机材料。【例2】(2009··四川理综，，6)开发新新材料是现代代科技发展的方向之一。。下列有关材材料的说法正正确的是()A．氮化硅陶陶瓷是新型无无机非金属材材料B．C60属于原子晶晶体，用于制制造纳米材料料C．纤维素乙乙酸酯属于天天然高分子材材料D．单晶硅常常用于制造光光导纤维解析：本题考查材料料的类别、性性质等，意在在考查考生对对化学在生产、生生活中应用的的了解。B项项，C60属于分子晶体体，可用于制造纳纳米材料；C项，纤维素素乙酸酯属于于合成高分子材料；C项项，制造光导导纤维的原料料是高纯石英英粉（SiO2)。答案：A变式训练2．(2010·模拟题题)碳化钛(TiC)、碳化化硼(B4C3)、氮化硅(Si3N4)等非氧化物陶陶瓷是新型无无机非金属材材料研究的重重要方向，合合成这些物质需需在高温条件件下进行，在在合成它们的的过程中必须须注意()A．通入足量量氧气B.避免与氧气气接触C．通入少量量氯气D．．通入少量氧氧气解析：“C”与“Si”均在高高温条件易与与O2反应生成氧化化物，所以在合合成TiC、、B4C3、Si3N2时要避免与氧氧气接触。答案：B客观题以考查硅元素素的特殊性，，现代新材料料及与传统材材料的差异为主主。【考题一】(2009··重庆理综，，6)材料与化学密密切相关，表表中对应关系错误误的是()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：材料的学名、俗名与其主要成分的关系。审题视点：材料的学名、、俗名与其主主要成分的关关系。思维导图标准答案：A高分解密不能正确选出出A项，主要要原因是对材材料的组成记记不熟。常见见新型无机非非金属材料有有：(1)高温结结构陶瓷：主主要指利用其其强度、硬度度、韧性等机机械性能制成的各种种材料。如氧氧化铝陶瓷、、氮化硅陶瓷瓷等，在工业业、国防上有重要的的价值。(2)光导纤纤维：简称光光纤，是一种种能高质量传传导光的玻璃璃纤维。用于通讯讯、医疗、信信息处理、遥遥测遥控、照照明等。(光光纤主要成分是SiO2)。(3)材料按按其组成可分分为三类：金金属材料、无无机非金属材材料和有机高高分子材料。。金属材料主主要指各种合合金等。无机机非金属材料料又分为传统统无机非金属属材料和新型型无机非金属属材料。有机机高分子材料料又包括塑料料、橡胶、纤纤维等。(4)复合合材料料：由由金属属材料料、陶陶瓷材材料、、高分分子材材料复复合而而成，，其强强度、、韧性性和耐耐腐蚀蚀等性性能比比单一一材料料更好好，是是一类类具有有广阔阔发展展前景景的新新型材材料。。主观题题以考查查硅元元素单单质及及其化化合物物的转转化、、制备备新材材料等内容容为主主。【考题题二】】单晶硅硅是信信息产产业中中重要要的基基础材材料。。通常常用碳碳在高温下下还原原二氧氧化硅硅制得得粗硅硅(含含铁、、铝、、硼、、磷等杂质质)，，粗硅硅与氯氯气反反应生生成四四氯化化硅(反应应温度度50～～500℃℃)，，四氯氯化硅硅经提提纯后后用氢氢气还还原可可得高高纯硅。。以下下是实实验室室制备备四氯氯化硅硅的装装置示示意图图。相关信信息如如下：：a．四四氯化化硅遇遇水极极易水水解；；b．硼硼、铝铝、铁铁、磷磷在高高温下下均能能与氯氯气直直接反反应生生成相相应的的氯化化物；；c．有有关物物质的的物理理常数数见下下表：：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8－315－熔点/℃－70.0－107.2－－－升华温度/℃－－180300162请回答答下列列问题题：(1)写出出装置置A中中发生生反应应的离离子方方程式式MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(2)装置置A中中g管管的作作用是是________；装装置C中的的试剂剂是________；；装置置E中中的h瓶需需要冷冷却的的理由由是_________________________。(3)装置置E中中h瓶瓶收集集到的的粗产产物可可通过过精馏馏(类类似多多次蒸蒸馏)得到到高纯纯度四四氯化化硅，，精馏馏后的的残留留物中中，除除铁元元素外外可能能还含含有的的杂质质元素素是（填写写元素素符号号)。。(4)为了了分析析残留留物中中铁元元素的的含量量，先先将残残留物物预处处理，，使铁铁元素素还原原成Fe2＋，再用用KMnO4标准溶溶液在在酸性性条件件下进进行氧氧化还还原滴滴定，，反应应的离离子方方程式式是：：5Fe2＋＋MnO＋＋8H＋5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O平衡压压强浓硫酸酸使SiCl4冷凝Al、、P、、Cl①滴定定前是是否要要滴加加指示示剂？？________(填填“是是”或或“否否”)，请请说明明理由由__________________________________________。②某同同学称称取5.000g残留留物，，经预预处理理后在在容量量瓶中中配制制成100mL溶溶液，，移取取25.00mL试样样溶液液，用用1.000××10－2mol·L－1KMnO4标准准溶溶液液滴滴定定。。达达到到滴滴定定终终点点时时，，消消耗耗标标准准溶溶液液20.00mL，，则则残残留留物物中中铁铁元元素素的的质质量量分分数数是是________。。思路路点点拨拨：：制四四氯氯化化硅硅是是由由粗粗硅硅与与Cl2反应应得得到到的的，，所所以以必必须须先先制制得得Cl2，因因SiCl4极易易水水解解，，所所以以Cl2须干干燥燥，，再再根根据据表表格格数数据据分分析析提提纯纯SiCl4的方法。。(1)书写的的是离子子方程式式，B装装置中盛盛放饱和和食盐水水除去HCl，，C装置置中用浓浓H2SO4除水以制制得干燥燥纯净的的Cl2；否KMnO4溶液自身身可作指指示剂4.480%(2)A中用恒恒压分液液漏斗平平衡压强强，使液液体顺利利流下；；h瓶用用冷却液冷却主主要目的的是得到到SiCl4；(3)精馏粗粗产物得得到SiCl4，温度应应控制在57.7℃，此此时BCl3变为气体体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留在瓶中，，所以残残留杂质质元素是是Fe、、Al、、P、Cl，(4)中中①滴定定时MnO是自身指指示剂，，终点时时变为紫紫红色且且30s内不不变即可可读数；②中中5Fe2＋～MnO1xnn＝1.000××10－2mol·L－1×20mL××10－3L·mL－1＝2.000××10－4molx＝1.000××10－3mol，从从100mL中取取出25mL，原原溶液液中n(Fe2＋)＝4.000×10－3mol，w＝=4.480%。高分解解密本题以以硅的的制取取及提提纯为为知识识平台台，同同时考考查了了氯气气的制制备、净净化。。实验验条件件的控控制，，实验验事故故的预预防。。对实实验数数据的的处理能能力，，对物物质性性质在在实验验条件件选择择中的的应用用分析析能力力。解解答时一一定要要仔细细阅读读题干干内容容(给给出了了制高高纯度度硅的的原理理和仪仪器)和和问题题内容容[如如(2)中中“装装置E中的的h瓶瓶需冷冷却的的理由由—根根据SiCl4的沸点就可可分析出为为了使SiCl4(g)―→→SiCl4(l)”]，认真分析每种仪仪器作用，，盛放试剂剂及发生的的反应，联联想到实验验过程中每一操作作细节。知识支持制取高纯硅硅的化学反反应(1)SiO2＋2C2CO＋Si(得到粗粗硅)。高温(2)Si＋2Cl2SiCl4(只是粗硅硅中的硅反反应，剩余余了杂质，，得到SiCl4是纯净物)。450。C~500。C(3)SiCl4＋2H2Si＋4HCl↑(得到高纯纯硅)。(利用了物物质在不同同温度下的的状态不同同，结合平平衡移动原原理来制取取高纯硅。。)1．(5分分)(2010·原原创题)2009年年10月诺诺贝尔物理理奖诞生了了，其中拥拥有英国和美美国双重国国籍的华人人高锟，又又被称为““光纤之父父”是获此殊荣的的三人之一一。下列有有关光纤的的说法错误误的是()A．“光纤纤”是光导导纤维的简简称，是只只传输光不不导电的一一种材料B．光纤的的主要成分分是硅，可可溶于NaOH溶液液中C．光纤的的主要成分分是二氧化化硅，可溶溶于氟化氢氢溶液中D．光纤、、石英、水水晶的主要要成分均相相同答案：B2．(5分分)(2010·模模拟题)下下列表述正正确的是()①人造刚玉玉熔点很高高，可用作作高级耐火火材料，主主要成分是是二氧化硅②②化学家家采用玛瑙瑙研钵摩擦擦固体反应应物进行无无溶剂合成，，玛瑙的主主要成分是是硅酸盐③③提前建建成的三峡峡大坝使用了了大量水泥泥，水泥是是硅酸盐材材料④夏夏天到了，，游客佩戴由由添加化亚亚铜的二氧氧化硅玻璃璃制作的变变色眼镜来来保护眼睛⑤⑤太阳能能电池可采采用硅材料料制作，其其应用有利利于环保、节节能A．①②③③B.②④C.③④⑤⑤D.③⑤解析：本题主要考考查硅及其其化合物的的具体应用用。刚玉的主要成分分为Al2O3；玛瑙的主主要成分是是SiO2；玻璃的主要成分为为NaSiO3、CaSiO3、SiO2；水泥的主主要成分为为3CaO··SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3等，为硅酸酸盐材料；Cu2O虽然是红红色的，但但它不能变变色，也不不能吸收有有害光线；硅硅材料不会会产生对环环境有害的的物质。答案：D3．(5分分)(2010·徐徐州市一中中期中考题题)石棉是是一类价格格低廉的硅硅酸盐材料，但但是有毒，，能使人患患肺癌。一一种叫矿青青石棉的化化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2，用稀硝酸酸溶液处理理时，还原原产物只有有NO，下列列说法正确确的是()A．该物质质中Fe元元素的化合合价为＋2价，它属属于硅酸盐盐B．该物质质的化学组组成可表示示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OC．1mol该物物质能和18molHNO3反应，也能能与18mol盐盐酸反应D．这种石石棉属于新新型无机非非金属材料料解析：选项A，根根据化合价价代数和等等于零的原原则，设Fe元素的的价态为＋n价，则有2＋5n＋32－44－2＝＝0，n＝2.4，，故该物质质中Fe元元素的化合价为为＋2和＋＋3价。根根据硅酸盐盐改写成氧氧化物形式式的规则可可知选项B正确确；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O与HNO3反应生成NaNO3、Fe(NO3)3，起酸性作作用的硝酸酸是17mol，，起氧化剂剂作用的是1mol，所以以共需18molHNO3，但该物质质只能与14mol盐酸反反应；选项D，石棉属属于传统无无机非金属属材料。答案：B4．(5分分)(2010·模模拟题)氮化硅(Si3N4)是一种新新型陶瓷材材料，它可由石英英与焦炭在在高温的氮