2024届新高考化学热点冲刺复习：无机非金属材料

2024届新高考化学热点冲刺复习无机非金属材料1.硅元素在周期表中的位置硅元素位于元素周期表第

周期、第

族,处于金属与非金属的过渡位置。2.硅单质三ⅣA硅酸盐氧化物Si+4HF=SiF4↑+2H2↑

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑3.二氧化硅高大Na2SiO3+H2OCaSiO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+4HF

=SiF4↑+2H2O光导纤维4.高纯硅的制备石英砂

粗硅

SiHCl3

高纯硅反应①:

。

反应②:

。

反应③:

。

SiO2+2CSi+2CO↑Si+3HClSiHCl3+H2SiHCl3+H2

Si+3HCl判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在(

)(2)晶体硅熔点高、硬度大,故可用于制作半导体材料(

)(3)以下转化均能实现:SiO2

SiCl4Si(

)√×(4)常温下,SiO2既能与NaOH溶液反应又能与氢氟酸反应,故属于两性氧化物(

)×[解析]二氧化硅不能与盐酸反应,只能与氢氟酸反应,不是两性氧化物。[解析]二氧化硅与盐酸不反应。×(5)SiO2晶体中存在若干硅氧四面体结构()(

)(6)将SO2通入Na2SiO3溶液,产生胶状沉淀,则酸性:H2SO3>H2SiO3(

)(7)SiO2具有导电性,故可用于制作光导纤维和光电池(

)√[解析]SiO2是共价晶体,不存在SiO2分子,硅原子和氧原子之间是单键,为共价键三维骨架结构。√×[解析]二氧化硅制作光导纤维与导电性无关,且SiO2不导电。(8)Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→Si均能一步转化(

)×[解析]SiO2不能与水反应转化为硅酸。1.我国具有独立知识产权的电脑芯片的问世,填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(

)A.晶体硅的结构与金刚石类似B.晶体硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质发生反应C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它提炼工艺复杂,价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电题组一硅A[解析]晶体硅常温下可与NaOH溶液、氢氟酸发生反应,B错误;晶体硅是利用焦炭还原SiO2制得粗硅,再提纯得到高纯硅,工艺并不复杂,C错误;晶体硅是半导体材料,不是金属材料,D错误。2.硅是带来人类文明的重要元素之一,从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)硅在元素周期表中的位置是

。

(2)工业上生产粗硅的反应有SiO2+2CSi(粗)+2CO↑;

SiO2+3CSiC+2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1,则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为

。第三周期第ⅣA族[解析](1)硅在元素周期表中的位置是第三周期第ⅣA族。(2)根据反应SiO2+2CSi(粗)+2CO↑,SiO2+3CSiC+2CO↑,生成1molSi需2molC、1molSiO2,生成1molSiC需3molC、1molSiO2,若产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1,则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。5∶2(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:①若反应Ⅰ为Si(粗)+3HClSiHCl3+H2,写出反应Ⅱ的化学方程式:

。

②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3

遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出该反应的化学方程式:

。

SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+3HCl+H2↑SiHCl3+H2

Si(纯)+3HCl③假设每一轮次制备1mol纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应Ⅰ中HCl的利用率为90%,反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%,则在第二轮次的生产中,需要补充投入HCl和H2的物质的量之比是

。

5∶1

[规律小结]碳、硅单质的特殊性(1)一般情况下,非金属单质为绝缘体,但硅为半导体。(2)Si的还原性强于C,但C在高温下能还原出Si:SiO2+2CSi+2CO↑。(3)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂,且无氢气放出,但硅与强碱溶液反应只作还原剂,且放出氢气:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能跟氢氟酸反应:Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。题组二二氧化硅

D

2.下列除杂方法正确的是(

)A.SiO2中含Al2O3杂质,可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去B.CO2中含有CO杂质,可以通入盛有CuO的玻璃管且加热C.CO2中含有HCl杂质,可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质,可以通入足量的CO2,然后过滤[解析]A项,SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应;C项,应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶;D项,Na2CO3也与CO2反应。B[易错警示]

二氧化硅性质的特殊性多数酸性氧化物的共性二氧化硅的特性非金属氧化物的熔、沸点一般较低SiO2的熔、沸点很高酸性氧化物一般与水反应生成相应酸SiO2不溶于水,不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生反应

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,如H2CO3酸性强于H2SiO3:Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓以下反应不能说明酸性的强弱:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑一、硅酸盐材料1.硅酸钠硅酸盐大多数不溶于水,硅酸钠是白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称

,有黏性,水溶液显碱性。

硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应,写出相应的化学方程式。与盐酸反应:

。

与少量CO2水溶液反应:

。

用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。水玻璃Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2

=Na2CO3+H2SiO3↓2.传统无机非金属材料(1)传统无机非金属材料主要包括水泥、普通玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料如下表。(2)普通玻璃的生产①反应原理CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑、

。

②主要成分:SiO2、CaSiO3、Na2SiO3。材料水泥普通玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土

、

、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑纯碱石灰石Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅新型无机非金属材料中有一些高纯度的含硅元素的材料,如单晶硅、二氧化硅等,其具有特殊的光学和电学性能,是现代信息技术的基础材料。2.新型陶瓷类别结构与性能用途碳化硅(SiC)碳化硅俗称金刚砂,碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构,硬度很大,具有优异的高温抗氧化性能可用作砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等类别结构与性能用途高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成,具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优良性能可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等透明陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷,具有优异的光学性能,耐高温、绝缘性好可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零,具有超导性可用于电力、交通、医疗等领域3.碳纳米材料(1)碳纳米材料是一类新型无机非金属材料,主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。(2)三类碳纳米材料的比较类别结构特点主要性能重要应用或意义富勒烯由

构成的一系列

分子的总称,C60是富勒烯的代表物

—开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳原子笼形类别结构特点主要性能重要应用或意义碳纳米管由

片层卷成的管状物,具有

尺度的直径

比表面积

,有相当

的强度和优良的

性能

生产复合材料、电池和传感器等石墨烯只有一个

直径厚度的单层石墨

电阻率

、热导率

,

具有很高的强度生产光电器件、超级电容器、电池和复合材料等石墨纳米大高电学碳原子低高判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)氮化硅陶瓷、超导陶瓷、透明陶瓷是新型无机非金属材料

(

)(2)合成纤维与光导纤维都是新型无机非金属材料(

)(3)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中(

)(4)陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐(

)√[解析]硅酸钠溶液具有黏性,不能用带玻璃塞的试剂瓶保存。××√(5)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐(

)(6)向硅酸钠溶液中通入适量CO2,出现白色沉淀,证明碳的非金属性大于硅(

)√×[解析]由现象知生成了硅酸,碳酸的酸性大于硅酸,则非金属性碳大于硅。1.下列有关硅酸盐材料的说法正确的是(

)A.生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和晶体硅B.水晶、玛瑙、石英等主要成分都是SiO2C.普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料D.水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品,都是纯净物题组一硅酸盐材料B[解析]生产普通玻璃的主要原料为石灰石、纯碱和石英砂,A项错误;普通玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料,石英玻璃主要成分为SiO2,C项错误;水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品,都是混合物,D项错误。2.诗句“雨过天晴云破处,千峰碧波翠色来”描述了汝窑青瓷之美。青色主要来自添加的玛瑙粉末,下列有关说法错误的是(

)A.青瓷的青色来自玛瑙中的SiO2B.陶瓷是传统的无机非金属材料C.瓷器的质量与原料矿物组成、升温速度、煅烧时间等因素有关D.青瓷化学性质稳定,耐酸碱侵蚀A[解析]SiO2是无色晶体,A错误;陶瓷是传统的无机非金属材料,其化学性质稳定,耐酸碱腐蚀,B、D正确;瓷器的质量与原料矿物组成、升温速度、煅烧时间等因素有关,C正确。[易错警示]

硅及其化合物用途的易错点(1)用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2,用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅,计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。(2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等主要成分是SiO2,而不是硅酸盐。(3)传统无机非金属材料(陶瓷、水泥、普通玻璃)的主要成分是硅酸盐。题组二新型无机非金属材料1.下列关于无机非金属材料的说法不正确的是

(

)A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但强度比较差C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同B[解析]无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型