适用于新高考新教材浙江专版2025届高考化学一轮总复习第4章非金属及其化合物第14讲无机非金属材料课件新人教版

第14讲无机非金属材料选考目标要求1.掌握硅元素的单质及其重要化合物的性质及应用,形成“结构决定性质”的观念。2.掌握无机非金属材料的性质和用途及具有探索未知、崇尚真理的意识。命题分析1.关注碳元素同素异形体的不同用途及二氧化碳对环境的影响。2.硅、二氧化硅的性质用途是考查重点,要特别关注硅、二氧化硅的特性。3.硅酸和硅酸盐的性质近几次选考里均未出现,无机非金属材料的用途在联系新科技时会出现。知识点一碳族元素硅和二氧化硅落实主干基础1.碳、硅元素的存在形式

元素碳硅存在形式既有游离态,又有化合态因有亲氧性,所以仅有化合态单质金刚石、石墨、C60等同素异形体晶体硅和无定形硅两大类2.碳、硅单质的结构、物理性质与用途(1)碳、硅单质的结构金刚石:空间网状结构;石墨:层状结构;晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构。(2)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来)3.二氧化硅

[练一练]1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。(

)(2)碳、硅在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态。(

)(3)Si是半导体材料,可用于制作太阳能电池。(

)(4)SiO2是酸性氧化物,可溶于强碱,不溶于任何酸。(

)(5)SiO2具有导电性,故可用于制备光导纤维。(

)××√××2.石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下:关于上述反应的叙述不正确的是(

)A.①③是置换反应,②是化合反应B.高温下,焦炭与氢气的还原性均强于硅C.任一反应中,每消耗或生成28g硅,均转移4mol电子D.高温炉里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅D解析

在氧化还原反应中,还原剂的还原性比还原产物的还原性强,B正确;根据元素化合价的变化,每消耗或生成28

g(1

mol)硅,均转移4

mol电子,C正确;题中的三个反应是在三个不同反应器中发生的,D错误。突破命题视角角度一

硅和二氧化硅的性质1.(2024·浙江杭州高三一模)材料是人类赖以生存和发展的物质基础,下列属于新型无机非金属材料的是(

)A.水泥

B.碳化硅

C.橡胶

D.塑料B解析

水泥为传统无机硅酸盐材料,A错误;碳化硅为新型无机非金属材料,B正确;橡胶为有机高分子材料,C错误;塑料为有机高分子材料,D错误。2.二氧化硅广泛存在于自然界中,在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a~e是对①~⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断,其中正确的是(

)①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2Oa.反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗,用于刻蚀玻璃b.反应②中SiO2表现出氧化性c.反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性d.反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A.ace

B.bdeC.cde D.ab答案

B解析

通常用氢氟酸来刻蚀玻璃,与之对应的反应是③,a、c判断错误;反应②是置换反应,其中二氧化硅被还原,表现出氧化性,b判断正确;反应④用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳,d判断正确;反应⑤中碳元素的化合价由0价变为-4价和+2价,硅元素和氧元素的化合价都没有改变,因此二氧化硅没有参加氧化还原反应,e判断正确。归纳总结硅及其化合物的特殊性质物质一般规律硅及其化合物的特性Si硅还原性强于碳2C+SiO2Si+2CO↑非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si+4HF===SiF4↑+2H2↑非金属单质一般为绝缘体硅为半导体物质一般规律硅及其化合物的特性SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应酸SiO2不溶于水,也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,H2CO3酸性强于H2SiO3,故可发生反应Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓以下反应不能说明酸性的强弱:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑角度二

高纯硅的制备3.(2023·浙江镇海中学月考)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:A.该工艺流程的优点是部分物质可循环使用B.①和②互为可逆反应C.该流程需要隔绝空气答案

B解析

反应②中生成的HCl在反应①中可循环利用,正确;反应①与反应②对应的反应温度不一致,不是可逆反应,错误;高温条件下,Si、SiHCl3、H2都能与O2反应,故需隔绝空气,正确;SiO2不与HCl反应,不能通过题述途径制硅,正确。4.(2023·浙江杭州十四中检测)多晶硅是单质硅的一种形态,是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。SiHCl3遇水剧烈水解。下列说法错误的是(

)A.Y、Z分别为H2、Cl2B.制取粗硅过程可能发生反应:SiO2+3CSiC+2CO↑C.提纯SiHCl3可采用萃取、分液的方法D.为防止SiHCl3水解而损失及氢气燃烧、爆炸,“还原”步骤在无水、无氧条件下进行C解析

电解饱和NaCl溶液,反应产生NaOH、H2、Cl2,X是NaOH,H2、Cl2反应产生HCl,焦炭与石英在高温下反应产生粗硅,HCl与粗硅反应产生SiHCl3和少量SiCl4,SiHCl3和SiCl4是沸点不同的混合物,经蒸馏分离提纯得到SiHCl3,SiHCl3和H2在高温条件下反应产生多晶硅和HCl,所以Y是H2,Z是Cl2。Y是H2,Z是Cl2,A正确;焦炭与SiO2在高温下发生反应制取粗确;SiHCl3和SiCl4是沸点不同的互溶的液体混合物,采用蒸馏方法进行分离,而不是采用萃取、分液的方法,C错误;已知SiHCl3遇水剧烈水解,且H2是可燃性气体,与O2混合点燃可能会发生爆炸,因此为防止SiHCl3水解而损失及氢气燃烧、爆炸,“还原”步骤在无水、无氧条件下进行,D正确。归纳总结

知识点二无机非金属材料落实主干基础1.硅酸(1)弱酸性:H2SiO3难溶于水,其酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与强碱(如NaOH)反应,化学方程式为H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。(2)不稳定性:H2SiO3不稳定,受热易分解,化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O。(3)硅酸的制备及硅胶①制备原理:可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与较强的酸(如盐酸)反应,化学方程式为Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓+2NaCl。②硅胶:硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶,经干燥脱水后即得硅胶,常用作干燥剂和催化剂的载体。2.硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸盐组成的表示方法通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成:①氧化物的书写顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,不同氧化物间以“·”隔开。②各元素的化合价保持不变,且满足化合价代数和为零,各元素原子个数比符合原来的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2,长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。(3)硅酸钠①物理性质:白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称水玻璃,有黏性,水溶液显碱性。②化学性质:能与酸性较硅酸强的酸反应a.与盐酸反应的化学方程式:Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓。b.与CO2水溶液反应的化学方程式:Na2SiO3+2H2O+2CO2===2NaHCO3+H2SiO3↓。③用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。3.无机非金属材料(1)传统无机非金属材料(如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料)传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分硅酸盐Na2SiO3、CaSiO3和SiO2硅酸盐玻璃生产中的两个重要反应:(2)新型无机非金属材料:如高温结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷等。

易错警示(1)玻璃中含有二氧化硅,因此氢氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用玻璃塞而使用橡胶塞。[练一练]1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。(

)(2)水玻璃是一种特殊的玻璃。(

)(3)瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱。(

)(4)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品。(

)(5)硅胶多孔,吸水能力强,常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂。(

)×××××2.下列关于材料的叙述中正确的是(

)A.氮化硅陶瓷耐高温,可用来制造汽车发动机B.钢化玻璃属于新型无机非金属材料C.水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料都不溶于水,所以硅酸盐都不溶于水D.新型陶瓷材料种类很多,但是都属于硅酸盐A解析

钢化玻璃是把普通玻璃高温软化,迅速降温获得的机械强度增大的玻璃,成分还是硅酸盐,属于传统的无机非金属材料,所以B错误;大多数硅酸盐难溶于水,但是Na2SiO3是可溶的,所以C错误;新型陶瓷中的压电陶瓷等不属于硅酸盐,所以D错误。突破命题视角角度一

传统无机非金属材料1.(2023·上海静安区二模)北京故宫的屋顶有各种颜色的琉璃瓦,其坚实耐用,经历几百年的风雨洗礼仍能保存完整,下列说法错误的是(

)A.琉璃瓦的主要成分是硅酸盐B.制作琉璃瓦的主要原料是黏土C.琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构D.黄色和绿色琉璃瓦中分别含有Fe2+、Cu2+D

解析

琉璃瓦的主要成分是硅酸盐,故A正确;制作琉璃瓦的主要原料是黏土,故B正确;琉璃瓦坚实耐用取决于硅酸盐的结构,故C正确;黄色琉璃瓦中可能含有Fe3+,故D错误。2.(2023·天津九校联考)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无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料,包括玻璃、水泥、陶瓷等,故A正确;新型无机非金属材料如碳化硅等的强度大,故B错误;高温结构陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点,故C正确;传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等主要成分是硅酸盐,而新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等主要成分不是硅酸盐,故D正确。角度二

新型无机非金属材料3.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示:下列有关说法正确的是(

)A.石墨烯是一种新型化合物B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C.二者和石墨都是碳的同素异形体D.氧化石墨烯具有一定的亲水性D解析

石墨烯是碳的单质,A错误;氧化石墨烯含有氢元素,故不是石墨烯的氧化物,也不是碳的同素异形体,B、C错误;由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基为亲水基团,所以它具有一定的亲水性,D正确。4.(2023·辽宁县级重点高中联考)近年来,我国科技迅猛发展,下列科技成果中蕴含的化学知识叙述不正确的是(

)A.建造港珠澳大桥所采用的螺纹钢属于合金B.中国天眼用到的SiC是新型无机非金属材料C.芯片的主要成分是单质硅D.飞船返回舱使用氮化硅耐高温结构材料,Si3N4属于分子晶体D

解析

建造港珠澳大桥所采用的螺纹钢属于铁碳合金,A项正确;SiC的硬度很大,具有优异的高温抗氧化性能,SiC属于新型无机非金属材料,B项正确;利用