2012高考化学复习基础提高课件：第四章 第一节 无机非金属材料的主角――硅

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅全局性掌控全局性掌控本节主要考点有Si、SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的性质和用途及SiO2的结构．主要考查知识集中在三个方面，一是硅、二氧化硅、硅酸盐的用途，二是硅及其化合物的性质，三是硅及其化合物的制备．由于许多高科技领域的新型无机非金属材料都与硅有关，预测明年的高考，硅及其化合物知识仍是命题热点，考查形式会以硅及其化合物知识为载体与基本理论，和其他元素及化合物相联系综合考查.选项式诊断诊断判断正误，在诊断一栏内打“√”或“×”√1.SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应(2010·山东高考T13－A)√2.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料(2010·江苏高考T4－A)√3.水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂(2010·江苏高考T4－B)选项式诊断诊断判断正误，在诊断一栏内打“√”或“×”×4.用纯碱制玻璃不产生温室气体(2010·重庆高考T6－A)×5.下列物质可以满足一步转化关系：(2010·福建高考T9－D)(2010·福建高考T9－D)一、碳和硅1．单质的存在形态、物理性质和用途碳硅存在形态物理性质金刚石：熔点、硬度石墨：硬度、电的色固体，有金属光泽、熔点、硬度，有脆性用途用作切割刀具，用作电极、铅笔芯材料和合金材料游离态和化合态化合态高灰黑大小良导体高大金刚石石墨半导体2．化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性．二、碳、硅的氧化物1．一氧化碳(1)物理性质：色气体，毒，溶于水．(2)化学性质①燃烧：.②还原CuO：.无有不2CO＋O2=====点燃2CO2CO＋CuO=====△Cu＋CO22．二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度，熔、沸点，常温下为体，不溶于水熔、沸点，常温下为气体，微溶于水化学性质①与水反应不反应②与酸反应只与氢氟酸反应：不反应空间网状立体大高固低SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OCO2＋H2OH2CO3物质二氧化硅二氧化碳化学性质③与碱(NaOH)液反应(盛碱液的试剂瓶用塞)④与盐反应如与Na2CO3反应：如与Ca(ClO)2反应：⑤与碱性氧化物反应如与CaO反应：如与Na2O反应：用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClONa2SiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3=====高温SiO2＋CaO=====高温CaSiO3CO2＋Na2O=====△Na2CO3橡胶SiO2既能和酸(氢氟酸)反应，又能和碱反应，它是两性氧化物吗？提示：不是，与酸(氢氟酸)反应时，生成的SiF4不属于盐．三、硅酸和硅酸盐1．硅酸(1)物理性质硅酸溶于水，其酸性比碳酸，硅酸(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色．不弱不能(2)化学性质①硅酸不稳定，受热易分解：.②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为.③硅酸在水中易聚合形成胶体．硅胶吸附水分能力强，常用作．H2SiO3=====△SiO2＋H2OH2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O干燥剂2．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，有黏性．(2)化学性质①水解显性．水玻璃碱②与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与盐酸反应：.与CO2水溶液反应：.(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料．Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO33．硅酸盐(1)概念：由元素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，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成.硅、氧和金属Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O4．传统无机非金属材料(1)普通玻璃①主要原料：、、．②主要成分：、、.(2)普通硅酸盐水泥①主要原料：、．②主要设备：．石灰石纯碱石英CaSiO3Na2SiO3SiO2石灰石黏土水泥回转窑1．(2009·广东理基)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④解析：水晶、光导纤维的主要成分均是SiO2，并不是硅酸盐或硅单质．答案：C2．开发新材料是现代科技发展的方向之一．下列有关材料的说法正确的是()A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B．C60的硬度很大，与金刚石相似C．玻璃是一种纯净物D．陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料解析：B项，因C60是一个分子，它的结构与金刚石的结构不相同，故硬度要远小于金刚石；C项，玻璃的成分主要是SiO2和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、沸点；D项，玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土．答案：A3．(2011·莆田四中月考)下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是()A．它是一种纯净物，既不燃烧也不受腐蚀B．水玻璃生产玻璃的主要原料之一C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质解析：水玻璃是硅酸钠的水溶液，A错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，D错误．答案：C4．下列试剂的保存方法正确的是()A．氢氟酸存放在玻璃瓶中B．烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中C．水玻璃存放在滴瓶中D．液溴直接存放在棕色滴瓶中解析：因为氢氟酸易与玻璃中的SiO2反应，故不能保存在玻璃瓶中，A不正确．盛放烧碱溶液的试剂瓶若使用玻璃塞封口，玻璃塞中的SiO2跟碱液反应生成Na2SiO3，而使瓶口和瓶塞黏结在一起，B正确．滴瓶是瓶口带有磨口胶头滴管的玻璃试剂瓶，而水玻璃是Na2SiO3的水溶液，其本身就能把玻璃滴管与瓶口粘在一起，C不正确．液溴很容易挥发，若把液溴存放在棕色滴瓶中，会腐蚀胶头中的橡胶，D不正确．答案：B5．岩石风化后，地下水溶解其中可溶部分形成了矿泉水．风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程．例如，长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO－3＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4.(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：①KAlSi3O8________________________________________.②Al2Si2O5(OH)4____________________________________.(2)这个反应能够发生的原因是__________________________________________________________________________.解析：(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物的形式时，需要将除O以外所有的元素写成其氧化物形式，中间用“·”间隔，注意组成要与原硅酸盐一致．(2)风化是复杂的化学反应，但我们可以试图用简单的化学原理去理解它，抓住了由强酸可以制得弱酸这一规律，问题就会迎刃而解．答案：(1)①K2O·Al2O3·6SiO2②Al2O3·2SiO2·2H2O(2)因为碳酸酸性比硅酸强，由强酸可制得弱酸1．一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质．2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体．3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，FeO＋C=====高温Fe＋CO↑.4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑.5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑.6．一般情况，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.7．一般情况，较强酸＋较弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐．虽然酸性：H2CO3＞H2SiO3，却能发生如下反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑.8．一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但C＋H2O(g)=====高温CO＋H2.9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO3＋H2O===H2SO4，但SiO2不溶于水，不与水反应．[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[名师精析]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，B项错误；硅与氢氧化钠溶液反应中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H2O，C项错误；硅能与氢氟酸反应，不能与盐酸反应，D项错误．[答案]A1．下列关于硅的说法中，不正确的是()A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应.解析：晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于金属导体和非金属绝缘体之间，是良好的半导体材料．硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应．答案：C2．下列说法正确的是()①二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应②根据反应SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸④二氧化硅常被用来制造光导纤维A．①②B．②③C．③④D．①④解析：①SiO2能与氢氟酸反应，②高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强．答案：C1．与碱反应后溶质成分的判断(1)反应原理NaOH――――→少量CO2Na2CO3――――→过量CO2NaHCO3①2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O②NaOH＋CO2===NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断x＝nCO2nNaOH溶质成分x＜12Na2CO3与NaOHx＝12Na2CO312＜x＜1Na2CO3与NaHCO3x＝1NaHCO3x＞1NaHCO3也可用数轴表示2．与盐溶液的反应(1)CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3(2)CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO(3)CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3[例2]往含0.2molKOH和0.1molCa(OH)2的溶液中持续地通入CO2气体，当通入气体的体积为6.72L(标准状况)时立即停止，则在这一过程中，溶液中离子的物质的量n和通入CO2的体积V的关系示意图正确的是(气体的溶解忽略不计)()[名师精析]将CO2通入混合液中发生反应的离子方程式为：2OH－＋CO2＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O①2OH－＋CO2===CO2－3＋H2O②CO2－3＋H2O＋CO2===2HCO－3③CaCO3＋H2O＋CO2===Ca2＋＋2HC