2025届高考化学一轮复习第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料教案鲁科版

PAGE9-第1节硅无机非金属材料考纲定位要点网络1．驾驭硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2．了解硅单质及其重要化合物对环境的影响。3．了解常见的无机非金属材料。4．了解硅单质及其重要化合物的制备方法。Si、SiO2的性质及应用学问梳理1．硅的简介存在形态化合态地壳含量其次位晶体硅结构与金刚石类似的空间网状结构物理性质灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大、有脆性用途用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.硅的化学性质(1)与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(2)与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(3)与O2反应：Si＋O2eq\o(=,\s\up8(△))SiO2。3．硅的工业制备与提纯(1)流程：石英砂eq\o(→,\s\up10(①焦炭),\s\do8(高温))Si(粗)eq\o(→,\s\up10(②Cl2),\s\do8(加热))SiCl4eq\o(→,\s\up10(③H2),\s\do8(高温))Si(纯)。(2)原理：①Si(粗)制备：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高温))Si＋2CO↑。②Si(粗)提纯：Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up8(△))SiCl4；SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up10(高温))Si(纯)＋4HCl。[辨易错](1)晶体硅常用作光导纤维。 ()(2)1mol晶体硅中含有2NA个Si—Si键。 ()(3)依据2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高温))Si＋2CO↑可知C的还原性强于Si。 ()(4)碳、硅均可与浓硝酸反应。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×4．二氧化硅(1)化学性质(2)用途光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。[辨易错](1)CO2、SiO2与NaOH溶液反应均只能生成正盐。 ()(2)SiO2与NaOH、HF均反应，故SiO2为两性氧化物。 ()(3)CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，可说明非金属性C>Si。 ()(4)SiO2是酸性氧化物，与H2O反应生成H2SiO3。 ()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×学问应用1．利用石英和碳为主要原料，设计制备纯硅的主要化学过程，并写出每步化学方程式。[答案]石英(SiO2)eq\o(→,\s\up10(碳C),\s\do8(高温))粗硅eq\o(→,\s\up10(Cl2),\s\do8(△))SiCl4eq\o(→,\s\up10(H2),\s\do8(△))Si(纯)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高温))Si＋2CO↑Si＋Cl2eq\o(=,\s\up8(△))SiCl4SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up8(△))Si＋4HCl2．用化学方程式回答下列问题：(1)保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞的理由________________________________________________________________________________________。(2)氢氟酸可用于在玻璃器皿上雕刻花纹的理由____________________________________________________________________________________。(3)水煤气的制备反应方程式____________________________________________________________________________________________________。[答案](1)2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O(2)4HF＋SiO2=SiF4↑＋2H2O(3)C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高温))CO＋H21．下列说法中正确的是()A．单质eq\o(→,\s\up10(O2))氧化物eq\o(→,\s\up10(H2O))酸或碱eq\o(→,\s\up10(NaOH或HCl))盐，碳、硅单质均可以按上述关系进行转化B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系C．在标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，溶液中溶质有2种D．用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化C[A项，SiO2与H2O不反应；B项，SiO2不能干脆转化为H2SiO3，H2SiO3也不能干脆转化为Si；D项，SiO2与C反应制取Si，硅元素被还原。]2．(2024·河南期末)下列关于二氧化硅的说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，故不能与酸反应B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电实力强而被用于制造光缆C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D．对于2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高温))Si＋2CO↑中，氧化剂与还原剂质量比为1∶2C[A项，SiO2与氢氟酸反应；B项，光导纤维传导光不导电；D项，反应中氧化剂(SiO2)与还原剂(C)的物质的量比为1∶2，质量比为60∶24。]3．(2024·湖南六校联考)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芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：下列说法错误的是()A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推想SiHCl3中硅元素的化合价为＋4D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应B[B项中的反应为3C＋SiO2eq\o(=,\s\up8(△))SiC＋2CO↑，氧化剂与还原剂均为C，二者之比为1∶2。](1)一般状况，碱性氧化物＋酸→盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。但SiO2不是两性氧化物。(2)一般状况，较强酸＋较弱酸盐→较弱酸＋较强酸盐。虽然酸性：H2CO3>H2SiO3，却能发生反应：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高温))Na2SiO3＋CO2↑。其原理犯难挥发性物质制备易挥发性物质。(3)一般状况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。(4)Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2C＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高温))Si＋2CO↑，其缘由是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。硅酸、硅酸盐和无机非金属材料学问梳理1．硅酸与硅酸盐(1)硅酸留意：硅胶的形成过程及应用①硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶；②硅胶可用作试验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。(2)硅酸盐由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。①硅酸盐的组成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，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(K2Al2Si6O16)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。②硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱a．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。b．与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2SO3。c．用途：黏合剂、耐火阻燃材料。[辨易错](1)硅酸是一种难溶性酸，与碱液不反应。 ()(2)硅胶是硅酸溶于水后形成的胶体。 ()(3)Na2SiO3可表示为Na2O·SiO2，故Na2SiO3是由Na2O与SiO2混合而成。 ()(4)硅酸钠溶液、强碱溶液不贮存在带玻璃塞的试剂瓶中。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件高温主要成分3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3Na2SiO3，CaSiO3，SiO2硅酸盐留意：玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内渐渐软化，可吹成各种形态的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。(2)新型无机非金属材料①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异样。③压电陶瓷：具有压电效应。④光导纤维：主要成分为SiO2，导光、制作光缆。[辨易错](1)硅酸盐材料属于传统无机非金属材料，光导纤维属于新型无机非金属材料。 ()(2)水泥、玻璃、陶瓷的生产原料均有石灰石。 ()(3)光导纤维与石墨均易导电。 ()(4)合成纤维、塑料、石墨烯均为有机高分子材料。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)×学问应用(1)高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，但光导纤维遇强碱会造成信号中断，缘由是_____________________________________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。(2)熔化纯碱时不能选用一般坩埚，理由是___________________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。(3)氮化硅是一种新型无机非金属材料，其化学式为________，其优点有__________________________________________________________________。[答案](1)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(2)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up10(高温))Na2SiO3＋CO2↑(3)Si3N4熔点高，硬度大，化学性质稳定等◎命题点1硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1．下列说法不正确的是()A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能干脆转化成电能D[硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能干脆转化成电能，石英的主要成分为SiO2，D项不正确。]2．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A．青石棉是一种硅酸盐产品B．青石棉中含有肯定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被还原B[硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；虽然青石棉可用氧化物形式来表示，但不代表含有肯定量的石英晶体；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时，失去3mol电子，而还原产物只有NO，故能使1molHNO3被还原。]3．我国在航天、军事、天文等领域的发展备受世界瞩目，它们与化学有着亲密联系。下列说法正确的是()A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料B．“歼—20”飞机上大量运用的碳纤维是一种新型有机高分子材料C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面运用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料D．“天宫二号”空间试验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅C[A项，钢铁为金属材料，错误；B项，碳纤维不是有机高分子材料，错误；D项，太阳能电池板的主要材料应是硅晶体，错误。](1)化学材料的一般分类(2)硅酸盐氧化物形式的表示模板①氧化物的一般书写依次：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。②氧化物前系数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数，且不同氧化物间以“·”隔开。③当系数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi3O8，将eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子个数比不变。◎命题点2硅及其化合物的转化及应用4．已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。依据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。(1)写出B、C两物质的名称：B________、C________。(2)写出D→B的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________。(3)写出B→C的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________。(4)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。[解析]由题意知：A为Si，B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。[答案](1)硅酸钠硅酸(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(3)SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2SiO3↓(4)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O硅及其化合物之间的常见转化关系[真题验收]1．(2024·7月浙江选考，T24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是()A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up8(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，须要密封保存C．能与SO2反应生成新盐D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2D[加热时氯化铵分解生成HCl和氨气，HCl与Ca3SiO5反应得到硅酸钙、氯化钙和水，A项正确；水泥吸水会变硬，需密封保存，B项正确；Ca3SiO5能与二氧化硫反应得到亚硫酸钙，C项正确；由上述分析可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应得不到二氧化硅，D项错误。]2．(2024·全国卷Ⅰ)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着亲密的关系。下列说法错误的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．著名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点A[氧化铁的颜色为红棕色，不是青色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成；陶瓷的主要成分是硅