高考化学一轮复习 第10讲 无机非金属材料的主角——硅课件 新人教版

第10讲 │ 要点探究
要点探究
► 探究点一 碳 硅
【知识梳理】 一、碳、硅比较
存在形态
单质的存 在形态
碳 游离态和化合态
金刚石、石墨、C60等同素异 形体
硅 化合物
_晶__体__硅___和 无__定__形__硅__
单质物 理性质
金刚石：_熔__点__高__、__硬__度__大___ 石墨：_硬__度__小__、__电__的__良__导Leabharlann _体_第10讲 │要点探究
【要点深化】 1．SiO2的特性
通常情况
二氧化硅的特性
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
较强酸＋较弱酸盐===较弱酸 ＋较强酸盐(水溶液中)
酸性：H2CO3＞H2SiO3，却 能发生如下反应：Na2CO3＋
第10讲 │要点探究
[2011·长沙模拟]向四只盛有一定量NaOH溶液的烧 杯中通入不同量的CO2气体后，在所得溶液中逐渐加入稀盐酸 至过量，并将溶液加热，产生的CO2气体与HCl物质的量的关 系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发)：
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B
向 NaOH 溶液中通入 CO2 时，所得溶液中的溶质可能有： ①NaOH 和 Na2CO3，②只有 Na2CO3，③Na2CO3 和 NaHCO3， ④只有 NaHCO3。而 NaOH、Na2CO3、NaHCO3 分别与 HCl 反应 的方程式为：NaOH＋HCl＝NaCl＋H2O；Na2CO3＋HCl＝NaCl ＋NaHCO3 和 NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2↑＋H2O；NaHCO3＋ HCl＝NaCl＋CO2↑＋H2O。设未产生气体时消耗盐酸的体积为 V1，产生 CO2 气体时消耗盐酸的体积为 V2，由图Ⅰ可知，开始就 有 CO2 生成，故溶质为 NaHCO3，c(Na＋)＝c(HCO－ 3 )，A 项错； 由图Ⅱ可知，开始无 CO2 生成，且 V2＝2V1，故可知溶质为 NaHCO3、Na2CO3，且 c(CO32－)＝c(HCO－ 3 )，B 项正确；由图Ⅲ可 知，V2＝V1，所以溶质为 Na2CO3，C 项错；由图Ⅳ可知，V1＝2V2， 溶质为 NaOH、Na2CO3，且 c(OH－)＝c(CO23－)，D 项错。
Na2CO3
x＞2∶1
NaOH、 Na2CO3
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与盐的反应
①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3 ②CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O=== 2Al(OH)3↓＋Na2CO3 CO2(足量)＋NaAlO2＋2H2O=== Al(OH)3↓＋NaHCO3 ③CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O=== CaCO3↓＋2HClO ④CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
2．CO2和SiO2的比较
物质
二氧化碳
二氧化硅
结构特点
由CO2分子构成
由硅、氧原子构 成的网状结构
物理 性质
熔沸点 溶解性
低 可溶
高 不溶
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物质
二氧化碳
二氧化硅
与水反应 CO2＋H2O
H2CO3
不反应
与酸反应
不反应
SiO2＋4HF＝_S__iF__4_↑_＋__2__H__2O___
__灰__黑____色固体 、有金属光泽， 熔点高、硬度大 ，有脆性
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用途
碳
__金__刚__石___用作切割刀具， __石__墨____用作电极、铅笔芯
硅 __半__导__体__材料和合 金材料
与非金属 与O2反应C：＋O2(足量)=点==燃==CO2 单质反应 _______2_C__＋__O_2_(_不_足 __)_=_点=_=_燃=_=_2_C__O_
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3.CO的检验 (1)检验方法 向待检验溶液中滴加一定量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液， 有白色沉淀生成，再加入适量的盐酸，白色沉淀溶解且生成无色 、无味的气体，则待检验溶液中有CO
(2)注意事项 ①不能用加酸看是否有无色无味气体产生的方法检验，因 CO与HCO两种离子都有该现象发生。 ②不能用Ca(OH)2溶液和Ba(OH)2溶液鉴别CO和HCO，原因 是OH－将HCO转化为CO。
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[点评] 由本题的C项可联想到金属Al与NaOH溶液的 反应，该反应的实质也分两步：2Al＋6H2O===2Al(OH)3↓ ＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。前者为置 换反应，也是氧化还原反应，其中铝是还原剂；后者为复 分解反应，NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂。下边的 变式题则以新材料、新技术为背景，考查了碳的用途。
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例 1 A [解析]粗硅提纯涉及的反应：Si＋2Cl2=高==温==SiCl4、 SiCl4＋2H2=高==温==Si＋4HCl 都是氧化还原反应，故 B 错；硅与氢 氧 化 钠 溶 液 反 应 实 际 分 两 步 ： ①Si ＋ 3H2O ＝ H2SiO3 ＋ 2H2↑ ， ②H2SiO3＋2NaOH＝Na2SiO3＋2H2O。其中反应①为氧化还原 反应，反应②为非氧化还原反应，因此 NaOH 既不是氧化剂， 也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的只是水，故 C 错； 硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，故 D 错。
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例2 D 人造刚玉的成分是氧化铝；玛瑙的主要成分是 二氧化硅；水泥是硅酸盐工业产品，属于硅酸盐材料； 石英玻璃具有很好的折光性能，可以制作精密仪器和镜 片；利用高纯硅的半导体性能制成的光电池，可将太阳 光的光能直接转换成电能。
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[点评]学习中要善于关注身边的化学，如钻石——金 刚石、玛瑙——SiO2、甘油——丙三醇等。下边的变式题 则主要考查二氧化碳与强碱的反应。 。
Na2CO3
Ⅳ c(Na＋)＝c(CO)＋
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► 探究点三 硅酸 硅酸盐
【知识梳理】
1．硅酸 (1)物理性质：____不____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： ___①__2_N__a_O_H__＋__H_2_S_i_O_3_=_=_=_N__a_2S__iO__3＋__2_H__2_O_______________。 向Na2SiO3溶液中通入CO2的化学方程式： __N__a_2S_i_O__3＋__C__O_2_＋__H__2O__=_=_=_H__2S_i_O__3↓_＋__N__a_2C__O_3____________。
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【典例精析】
例2 下列表述正确的是( ) ①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分 是二氧化硅 ②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成， 玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料 ④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃 制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、 节能 A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤
SiO2Na2SiO3＋CO2↑
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2．CO2与碱、盐的反应
与
反应原理
CO2＋2NaOH(足量)===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH(少量)===NaHCO3
碱
的
反 反应后溶质成分
应
的判断x＝
n(NaOH)∶n(CO2 )
x≤1∶1 1∶1<x<2∶1
x＝2∶1
NaHCO3 Na2CO3、 NaHCO3
【知识梳理】
1．SiO2的存在及用途 (1)存在：SiO2广泛存在于自然界中，如硅石、石英、水晶、 玛瑙。 它们的关系为：
无定形
硅石结晶形—石英无具色有透彩明色的环晶带体状或—层—水状晶的
晶体—玛瑙
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(2)用途：光导纤维的主要成分是__二__氧__化__硅__，石英可制作石英 玻璃和石英钟。
第10讲 │要点探究
我国科学家在纳米材料研究领域位于世界前列。 不久前我国科学家成功研制出了3 mm长的管状定向碳纳 米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度大、 密度小、熔点高、化学稳定性好等特点，因而被称为“超 级纤维”。下列对此碳纳米管的说法中不正确的是( )
A．它是制造飞机的理想材料 B．它与石墨互为同素异形体 C．这种碳纳米管中含有非极性共价键 D．碳纤维复合材料为一种高分子化合物
碳
硅
与酸反应
与浓H2SO4、浓HNO3反应： 与氢氟酸反应：
C＋2H2SO4(浓)==△===CO2↑＋ 2SO2＋2H2O C＋4HNO3(浓)==△===CO2↑＋ 4NO2＋2H2O
Si＋4HF===SiF4↑ ＋2H2↑
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【要点深化】 碳、硅的特性
一般规律 非金属单质一般熔点低、硬度小
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D 碳纳米管中碳元素间以非极性共价键结合；它与C60、石 墨和金刚石一样，是碳元素的不同单质，同属于碳的同素异形 体；该“超级纤维”可作为金属为基体的增强体制成高性能的 碳纤维复合材料，作为飞机机翼或机身的材料，可知该碳纤维 复合材料不属于高分子化合物。
第10讲 │要点探究
► 探究点二 碳、硅的氧化物
___C_O__2_＋__N__a_2O__=_=__=_N__a_2C__O__3____
高温 ____S_iO__2_＋__C__a_O_=_=__=_=_=_C__a_S_i_O_3___
与盐反应 (如Na2CO3)
Na2CO3＋CO2＋H2O＝ 2NaHCO3
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
第10讲 │要点探究
则下列分析都正确的组合是( )
A
B
C
D c(HCO)＋ c(H2CO3)
溶液组成的主要 成分
Na2CO3、 NaHCO3 NaHCO3、 Na2CO3
NaOH、Na2CO3
对应图 象 Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
溶液中离子浓度的 关系
c(Na＋)＝c(HCO)
c(CO)＝c(HCO)
c(OH－)＞c(CO)
碳、硅的特性 金刚石、晶体硅熔点高、硬度大
非金属单质一般为绝缘体
硅为半导体，常用于电子部件；石墨为 电的良导体
非金属一般不与强碱反应
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
非金属一般不与非氧化性酸反应 硅还原性大于碳
Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑ △
C＋2H2SO4(浓)====CO2↑＋2SO2＋2H2O
一般情况下，较活泼金属能置换酸 或水中的氢，而大多数非金属不能
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
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【典例精析】
例1 硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确 的是( ) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C．反应：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还 原剂，NaOH和H2O为氧化剂 D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或
化 学
与碱反应 (如NaOH)
CO2＋NaOH==NaHCO3
(盛碱液的试剂瓶不能用_玻__璃___塞)
S_i_O_2_＋__2_N__a_O__H__=_=_N__a_2_S_iO__3_＋__H__2O_
性
质
与碱性氧 化物反应
与Na2O反应：
与CaO反应：
与SOi＋2、OF2=2=反△==应=：SiO2 __S_i＋__2_F_2_=_=_=_S_i_F_4__
与氧化 物反应
与CC＋u2OC、uOS=iO=△=2反==应2C：u＋CO2↑ _2_C__＋__S_iO__2=_高=_=_温_=_=_S_i＋__2_C__O_↑________
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考纲导学
考纲要求
命题预测
1.了解C、Si元素单质及其 重要化合物的主要性质及应 用。
2.了解C、Si元素单质及其 重要化合物对环境质量的影 响。
1.C、Si元素单质及其化合 物知识考查。主要是以实验 探究、框图推断考查的综合 运用为主要命题形式，难度 中等。 2.硅及其化合物在生产、生 活中的应用。通常是以新材 料、新技术为背景考查常识 性知识，难度较小。
第四单元 非金属及其化合物
第四单元 │ 知识框架
知识框架
1.碳、硅及其化合物
第四单元 │ 知识框架
2．氯及其化合物
第四单元 │ 知识框架
3．硫及其化合物
第四单元 │ 知识框架
4．氮及其化合物
第10讲 │ 无机非金属材料的主角——硅
第10讲 无机非金属材料的主角——硅
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