高考一轮鲁科版化学 第4章 第1节 硅 无机非金属材料Word格式.docx
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(2)在周期表中位于第3周期ⅣA族。
2.硅单质
(1)硅单质的结构、物理性质、用途
单质的结构
晶体硅:
与金刚石类似的空间网状结构
物理性质
晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、熔点高、硬度大,有脆性
用途
晶体硅用做半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池
(2)化学性质
硅在参与化学反应时,一般表现还原性。
[应用体验]
1.从元素周期表的位置看,碳和硅均为ⅣA族元素,自然界中有碳的多种单质存在,自然界中有硅的单质吗?
为什么?
[提示] 没有。
因为硅有很强的亲氧性,在地壳形成时硅与氧易结合,难分离,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。
2.写出由SiO2制备纯硅的化学方程式。
[提示] SiO2+2CSi(粗)+2CO↑,
Si(粗)+2Cl2SiCl4,
SiCl4+2H2Si+4HCl。
[考点多维探究]
角度1 硅的性质和应用
1.(2017·
济南模拟)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”,这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。
下列有关硅的说法中,不正确的是( )
【导学号:
99682123】
A.高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片
B.硅可由二氧化硅还原制得
C.低温时,硅与水、空气和酸不反应,但能与氢氟酸反应
D.自然界中硅的储量丰富,自然界中存在大量的单质硅
D [硅为亲氧元素,在自然界中不存在游离态的单质。
]
2.下列说法正确的是( )
A.单质氧化物酸或碱盐,碳或硅单质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转化:
bc―→a
C.太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置
D.单质硅常用于制造光导纤维
C [A项,SiO2与H2O不反应;
B项,SiO2不能一步生成H2SiO3;
D项,SiO2制造光导纤维。
角度2 硅的制备
3.(2014·
天津高考改编)晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。
由粗硅制纯硅过程如下:
Si(粗)SiCl4SiCl4(纯)Si(纯)
(1)工业上用焦炭与石英砂在高温下反应制取粗硅,其反应的化学方程式为
______________________________________________________________,
上述反应中的氧化剂是________。
(2)粗硅与Cl2加热到460℃时发生反应,写出该反应的化学方程式_______。
(3)在1100℃时,SiCl4被H2还原的化学方程式为_______________。
[答案]
(1)2C+SiO2Si(粗)+2CO↑ SiO2
(2)Si+2Cl2SiCl4
(3)SiCl4+2H2Si+4HCl
Si单质特性理解误区
(1)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:
SiO2+2CSi+2CO↑。
(2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si与碱液作用却放出H2:
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。
(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑。
(4)非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。
考点2|二氧化碳与二氧化硅的比较
1.CO2与SiO2的性质比较
2.CO2与SiO2的用途
CO2:
制饮料、碳酸盐,干冰用作制冷剂,作灭火剂,干冰用作人工降雨。
SiO2:
光导纤维、制光学仪器、电子部件,水晶可制作饰品。
[应用体验]
1.
(1)氢氟酸如何保存?
能否用玻璃试剂瓶存放?
(2)碱性溶液(如NaOH)如何保存?
能否用带玻璃塞的试剂瓶保存?
[提示]
(1)氢氟酸应保存在塑料瓶或铅皿中。
不能用玻璃瓶存放,因为氢氟酸与玻璃中的SiO2反应生成气体SiF4,强烈腐蚀玻璃。
(2)碱性溶液应保存在带有橡皮(胶)塞的玻璃试剂瓶中。
不能用玻璃塞试剂瓶保存,因为玻璃塞为磨口,易与碱性物质反应生成黏性物质,使玻璃塞与瓶口黏结。
2.如何用SiO2制备H2SiO3?
[提示] SiO2SiOH2SiO3。
角度1 SiO2和CO2的性质比较
临沂模拟)据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。
下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
99682124】
A.二氧化硅溶于水生成硅酸,所以二氧化硅属于酸性氧化物
B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强
D.水晶是比较纯净的二氧化硅,沙子的主要成分是硅酸盐
B [A项,SiO2与H2O不反应;
C项,H2SiO3酸性比H2CO3弱;
D项,沙子的主要成分为SiO2。
2.(2017·
菏泽质检)下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是________(填序号)。
①CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐(酸性氧化物),均能与NaOH反应
②SiO2为酸性氧化物,不与任何酸反应
③光导纤维的主要成分是SiO2,能导电
④SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O体现了SiO2为酸性氧化物的性质
⑤Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化
⑥SiO2+3CSiC+2CO↑中SiO2作氧化剂
⑦CO2和SiO2常温下都是由相应的分子构成
⑧存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞,不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH反应
[解析] ②SiO2与氢氟酸反应;
③光导纤维能传输光,不导电;
⑤SiO2→H2SiO3不能一步转化;
⑥SiO2既不作氧化剂也不作还原剂;
⑦SiO2是由原子构成的晶体,不是由分子构成。
[答案] ①④⑧
SiO2的特性及原理
(1)一般情况下,碱性氧化物与酸反应,酸性氧化物与碱反应,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。
(2)一般情况下,酸性氧化物与水反应能生成相应的酸,如CO2+H2OH2CO3,但SiO2不溶于水,不与水反应。
(3)一般情况下,因为碳酸的酸性比硅酸强,可发生反应,如Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。
而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应:
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑(原理是:
难挥发性物质制备易挥发性物质)。
角度2 SiO2的性质及应用
3.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,在A~E选项中选择正确答案填入括号内。
99682125】
①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O( )
②SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑( )
③SiO2+2CSi+2CO↑( )
④SiO2+3CSiC+2CO↑( )
⑤SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O( )
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B.氧化性
C.酸性氧化物的通性
D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E.未参加氧化还原反应
[答案] ①C ②D ③B ④E ⑤A
4.如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。
将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂,则对应答案栏可不填写)。
可供选择的试剂:
A.盐酸 B.氢氧化钠溶液 C.氧气D.水 E.二氧化碳
可选用的操作:
①水洗;
②加热;
③高温灼烧;
④过滤;
⑤结晶。
粉末状混合物
选择的试剂
选用的操作
(1)
CaCO3(SiO2)
(2)
SiO2(NaHCO3)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
SiO2(H2SiO3)
[解析]
(1)利用SiO2与NaOH溶液反应生成可溶性的Na2SiO3,而CaCO3与NaOH不反应。
(2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶,加水后过滤可除去SiO2中的NaHCO3。
(3)Fe2O3能溶于盐酸而SiO2不溶,用盐酸溶解后过滤可得SiO2。
(4)H2SiO3加强热能分解得到SiO2。
[答案]
B
④
D
A
③
考点3|硅酸及其盐和无机非金属材料
1.硅酸的性质、制备与应用
2.硅酸盐
(1)概念:
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。
(2)表示方法:
硅酸盐矿物的成分复杂,常用氧化物的形式表示它们的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·
SiO2,钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·
3Al2O3·
6SiO2·
2H2O。
(3)硅酸钠(Na2SiO3)——又称泡花碱
①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与较强的酸反应生成硅酸。
③用途:
黏合剂、耐火阻燃材料。
3.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
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
生产条件
高温
(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
(3)特殊功能的含硅物质
①碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。
1.硅酸制备硅胶的原理是什么?
[提示] 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.写出水玻璃在空气中变质的化学方程式。
[提示] Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3。
角度1 硅酸及其盐和无机非金属材料
1.下列关于硅酸及其盐的说法正确的是( )
A.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
B.反应①Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓,反应②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,两反应是相互矛盾的,不可能都能发生
C.硅酸可以用SiO2与H2O反应制备
D.将CO2通入水玻璃中有白色沉淀生成
D [A项,Na2SiO3溶液本身能黏结玻璃;
B项,不矛盾,二者的反应条件和环境不同;
C项,SiO2与H2O不反应。
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
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