【志鸿优化设计】2014届高考化学一轮复习 第四单元非金属及其化合物第1节无机非金属材料的主角 硅教学案 新人教版

第四单元非金属及其化合物第1节无机非金属材料的主角——硅eq\a\vs4\al(考纲点击)1．了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。2．了解C、Si单质及其重要化合物对环境的影响。一、碳、硅单质1．原子结构、存在形态、物理性质及用途碳硅原子结构存在形态既有______，也有______，是组成有机物的基本元素只有______，是构成矿物和岩石的主要元素物理性质金刚石：熔点____、硬度____，____电石墨：硬度____、____电灰黑色固体，有金属光泽，熔点____、硬度____、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间用途______用于切割刀具，____用作电极、铅笔芯______材料和合金材料2．碳单质的化学性质即时训练1下列叙述中正确的是________。①光导纤维、石英钟的主要成分是单质硅②计算机芯片、太阳能电池板、半导体晶体管的主要成分是单质硅③金刚石、石墨、C60是碳元素的同素异形体，它们之间的转化属于化学变化④在自然界中有游离态的碳，但没有游离态的硅二、碳、硅的氧化物1．CO（1）物理性质：______色气体，______毒，______溶于水。（2）化学性质：①燃烧（写出化学方程式，下同）：_________________________________________________________________________________________________________。②还原Fe2O3：__________________________________________________________。2．SiO2和CO2的性质比较CO2SiO2物理性质水溶性[熔沸点化学性质相同点氧化性C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高温))____2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO↑＋Si与NaOH反应与CaO反应不同点与水反应不反应与Na2CO3反应Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑特性SiO2与HF溶液反应：______________________________3．SiO2的用途（1）存在：二氧化硅广泛存在于自然界的硅石、石英、水晶、玛瑙中。（2）用途：光导纤维的主要成分是________，石英可制作石英玻璃和石英钟。即时训练2下列叙述中正确的是________。①CO2溶于水生成碳酸，所以SiO2溶于水也能生成硅酸②SiO2是酸性氧化物，不与任何酸反应③SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应④SiO2既能与碱反应，又能与酸（氢氟酸）反应，属于两性氧化物特别提示：SiO2既能与氢氟酸反应，又能与碱反应，但它是酸性氧化物，不属于两性氧化物，与两性氧化物Al2O3不同。Al2O3与所有的强酸、强碱均反应，SiO2只与特殊的酸（氢氟酸）反应，不能与其他酸反应。三、硅酸与硅酸盐1．硅酸（H2SiO3）（1）物理性质硅酸____溶于水。（2）化学性质①弱酸性（比碳酸还弱）与NaOH溶液反应的化学方程式：___________________________________________________________________________________________________________________；向Na2SiO3溶液中通入CO2的化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________。②不稳定性硅酸受热分解的化学方程式：_________________________________________________________________________________________________________________________。（3）用途硅胶可用作干燥剂，也可以作催化剂的载体等。2．硅酸盐硅酸盐是由______________组成的化合物的总称，最简单的硅酸盐是硅酸钠，化学式为________，用氧化物的形式表示为__________。硅酸钠的水溶液俗称________，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料等。3．常见硅酸盐材料产品水泥玻璃陶瓷设备水泥回转窑玻璃窑—原料黏土4.特殊含硅材料（1）SiC（俗称金刚砂）具有金刚石结构，硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。（2）含硅4%的硅钢具有很高的导磁性，可用作变压器的铁芯。（3）硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。即时训练3下列说法中正确的是________。①硅酸易溶于水，酸性比碳酸弱②水玻璃是纯净物③硅胶是SiO2④硅酸化学性质比较稳定，受热不分解⑤实验室中可以用水玻璃与CO2反应生成硅酸⑥SiO2溶于水即得硅酸⑦生产水泥和玻璃的共同原料是石英⑧高温结构陶瓷比金属材料具有许多优点，如不怕氧化、密度小等优点⑨新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高⑩玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐特别提示：①水玻璃是混合物；②我们常见的不溶于水的酸是硅酸，不与水反应的酸性氧化物是二氧化硅；③注意水玻璃及硅胶的用途。一、碳、硅及其化合物的特性及应用1．熔沸点一般情况下，非金属单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质，所以可用金刚石制作钻头和切割工具。2．导电性一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体，所以晶体硅可作半导体材料，石墨可作电极。3．SiO2作为酸性氧化物的特性一般情况下，只有碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物只与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。一般情况下，酸性氧化物与水反应均能生成相应的酸，如SO2＋H2OH2SO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。4．碳与水的反应一般情况下，只有活泼金属（K、Na、Fe等）才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C＋H2O（g）eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2，所以工业上用焦炭制取水煤气或氢气。5．硅酸和硅酸盐的溶解性一般情况下，大多数酸均可溶于水，如盐酸、醋酸、碳酸，但硅酸不溶于水。硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是Na2SiO3，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。【例1－1】下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（）。A．在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO↑＋Si，硅被还原，说明碳的还原性强于硅的还原性B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D．由Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸方法归纳（1）Si的还原性比C强，但却能发生反应2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO↑＋Si；H2CO3的酸性比H2SiO3强，但却能发生反应Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CO2↑＋Na2SiO3。这两个反应均在高温下进行，且产物中均有气体生成，有利于反应的发生。（2）因为SiO2不与水反应，所以制取硅酸只能用可溶性硅酸盐与CO2或酸反应Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。（3）实验室中不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放显碱性的液体，如NaOH溶液、氨水、Na2SiO3溶液、Na2CO3溶液等；氢氟酸能腐蚀玻璃，故常保存在塑料瓶中。【例1－2】下列说法中不正确的是（）。A．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应B．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料C．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂D．酸性氧化物可以与碱反应，但均不能与酸反应二、除去CO2、CO气体中的杂质1．CO中混有CO2：通过盛有NaOH溶液的洗气瓶。2．CO2中混有CO：通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管。3．CO2中混有O2：通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管。4．CO2中混有SO2：通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶。5．CO2中混有HCl：通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。【例2】下列除杂方法正确的是（）。A．CO2中的CO杂质，可以通入适量氧气，然后点燃B．SO2中的CO2杂质，可以通过盛有澄清石灰水的洗气瓶C．CO2中的HCl杂质，可以通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶D．CO2中的SO2杂质，可以通过盛有饱和碳酸钠溶液的洗气瓶硅从沙滩走到用户硅是信息产业中的重要基础材料，近几年高考经常围绕硅单质的制取，结合物质的分离、提纯及化工工艺考查实验设计、实验评价及反应原理。【实验典例】晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用过量的碳与二氧化硅反应制得粗硅；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3（Si＋3HCl=SiHCl3＋H2）；③SiHCl3与过量的H2在1000～1100℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。请回答：（1）第一步制取粗硅的反应中碳作______剂（填“氧化”或“还原”）。（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点－84.7℃），提纯SiHCl3可采用______的方法。（3）实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅的装置如下图所示（加热器和夹持装置略去）：①装置B中的试剂是______，装置C需水浴加热，目的是_______________________。②反应一段时间后，装置D中可观察到有晶体硅生成，D中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。③为保证实验的成功，操作的关键除题中已告知的以外，你认为最重要的还有_________________________________________________________________（说出三点）。1．（高考集萃）下列叙述中不正确的是________。A．（2012课标全国理综）单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料B．（2012课标全国理综）合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料C．（2012广东理综）SiO2具有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维D．（2012海南化学）CO2属于大气污染物E．（2012海南化学）大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧F．（2012江苏化学）向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强G．（2012山东理综）盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶H．（2012天津理综）SiO2与酸、碱均不反应2．下列叙述中正确的是（）。A．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器B．硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃，可用于制备硅胶和木材防火剂C．制造玻璃是复杂的物理变化，玻璃的组成不同，性能不同D．金刚石是自然界中硬度最大的物质，不可能与氧气发生反应3．下列物质①氢氟酸、②浓硫酸、③氢氧化钠溶液、④碳酸钠固体、⑤氧化钙、⑥浓硝酸，在一定条件下能与SiO2反应的有（）。A．①②⑥B．①②③④⑤⑥C．②③⑥D．①③④⑤4．下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是（）。选项XYZANaNaOHNaHCO3BCuCuSO4Cu（OH）2CCCOCO2DSiSiO2H2SiO35．（2012北京朝阳二模）下列说法中正确的是（）。A．高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂（SiO2）制取硅的反应B．CO2通入到CaCl2溶液中，一定不会出现沉淀C．硅是构成矿物和岩石的主要元素，在地壳中的含量是在所有元素中居第一位D．长期盛放NaOH溶液的滴瓶难打开，因为NaOH与瓶中的CO2反应形成“负压”的缘故

参考答案基础梳理整合一、化合态游离态化合态高大不导小导高大金刚石石墨半导体2．CO22COCO2↑＋2Cu2COCO＋H2CO2↑＋2SO2↑＋2H2OCO2↑＋4NO2↑＋2H2O即时训练1答案：②③④二、1.(1)无有不(2)①2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2②Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO22．可溶不溶低高2COCO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OCO2＋CaO=CaCO3SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3CO2＋H2OH2CO3SiO2＋4HF=SiF3．(2)二氧化硅即时训练2答案：③三、1.(1)不(2)①2NaOH＋H2SiO3=Na2SiO3＋2H2ONa2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3②H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SiO22．硅、氧和金属Na2SiO3Na2O·SiO2水玻璃3．石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英即时训练3答案：⑤⑧⑨核心归纳突破【例1－1】C解析：依据元素周期律知硅的还原性强于碳的还原性，但上述反应能发生是因为产物中有气体CO生成，所以A错误；硅酸钠是一种黏合剂，所以B错误；D选项中的反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气体生成，与酸性强弱无关，所以D错误。【例1－2】D解析：SiO2是一种酸性氧化物，但能与氢氟酸反应，D错误。【例2】C解析：混合气体中的少量CO不易点燃，且又混入O2，A错误；二氧化硫也与石灰水反应，B错误；HCl与NaHCO3反应生成CO2，所以C正确；CO2也与碳酸钠溶液反应，D错误。实验探究拓展实验典例答案：(1)还原(2)分馏(3)①浓硫酸使SiHCl3挥发，且能较好地控制温度②SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1000～1100℃))Si＋3HCl③a.实验前要检查气密性；b.加热前要先排尽装置中的空气；c.加热要适当控制温度解析：(2)