2021版高考化学一轮复习专题4非金属及其化合物2含硅矿物与信息材料课件苏教版

第二单元含硅矿物与信息材料考点1:碳、硅及其氧化物的性质及应用一、碳、硅的性质(a、b)1.碳、硅的结构及存在元素碳硅原子结构示意图元素碳硅单质的结构金刚石:_________结构石墨:层状结构晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有_____态空间网状化合2.碳、硅的物理性质和用途物质石墨金刚石晶体硅外观黑色鳞片状固体无色晶体有金属光泽的灰黑色固体硬度很小自然界中硬度最大硬度大物质石墨金刚石晶体硅导电性导体不能导电半导体用途用作电极、铅笔芯制作首饰等制作信息技术材料,是半导体晶体管、硅芯片及太阳能电池等的主要成分3.碳和硅的化学性质——还原性写出①～⑥的化学方程式:①______________;②______________;③_________________;④_____________________________⑤______________________;⑥____________________________。2C+O22COCO2+C2COCuO+CCu+CO↑C+H2O(g)CO+H2(制水煤气);Si+4HF====SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑点燃====高温====△====高温====4.硅的工业制法及提纯涉及的化学方程式:①_____________________;②__________________;③______________________。SiO2+2CSi+2CO↑Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl高温====△====△====二、碳、硅的氧化物(a、b)1.性质迥异的两种氧化物——CO2与SiO2物质二氧化硅二氧化碳与水反应不反应CO2+H2OH2CO3物质二氧化硅二氧化碳与酸反应只与氢氟酸反应:SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O不反应物质二氧化硅二氧化碳与碱(NaOH)溶液反应SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用_____塞)CO2少量:CO2+2NaOH====Na2CO3+H2OCO2足量:CO2+NaOH====NaHCO3橡胶物质二氧化硅二氧化碳与盐反应如与Na2CO3反应:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑如与Ca(ClO)2反应:Ca(ClO)2+CO2+H2O====CaCO3↓+2HClO高温====物质二氧化硅二氧化碳与碱性氧化物反应如与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3如与Na2O反应:CO2+Na2O====Na2CO3高温====2.硅及其氧化物的特性物质一般规律特性Si硅的还原性比碳强SiO2+2CSi+2CO↑非金属单质与强碱反应一般不生成氢气Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑高温====物质一般规律特性Si非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si+4HF====SiF4↑+2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体物质一般规律特性SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水,不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O物质一般规律特性SiO2“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,碳酸酸性大于硅酸Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高温====【典例精析】【典例】二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒,与水接触易水解,沸点为8.2℃。在铜催化作用下,HCl与硅在250～260℃反应可以制得SiH2Cl2。世纪金榜导学号(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料,选用A装置制取HCl,利用了浓硫酸的__________性。(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为______________________________________。(3)按照气体从左到右的方向,制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接顺序为a()()()()()()()(填仪器接口的字母,其中装置C用到2次)。(4)按从左到右的顺序,前面装置C中装的药品为________________,后面装置C的作用为____________________________________。(5)反应除生成二氯二氢硅之外,还会生成H2和____________、____________等。(6)新的制取SiH2Cl2的方法是往硅粉中先通入Cl2,在300～350℃反应生成SiCl4,然后再与HCl在250～260℃反应,可以大大提高产率。如果通入气体顺序相反,结果会____________________________(用化学方程式表示)。【解析】(1)浓硫酸有吸水性,使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl,连接C装置干燥,从f进入D中反应,SiH2Cl2从g处挥发,在B装置中收集,SiH2Cl2的密度比空气大,导气管应长进短出,为防止空气中的水进入B中,则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的,应选用P2O5或无水CaCl2,后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中,应选碱石灰。(6)如果通入气体顺序相反,SiH2Cl2会与Cl2继续反应,生成SiCl4、SiHCl3。答案:(1)吸水(2)Si+2HClSiH2Cl2(3)defgbcd(4)P2O5或无水CaCl2尾气处理和防止空气中的水进入B中(5)SiCl4SiHCl3(6)SiH2Cl2+2Cl2SiCl4+2HCl(或SiH2Cl2+Cl2SiHCl3+HCl)△====△====【强化训练】1.思维诊断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)CO2通入CaCl2或BaCl2溶液有白色沉淀生成。()提示:×。CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀,因为碳酸的酸性弱于盐酸。(2)可以将氢氟酸放在玻璃试剂瓶存放。()提示:×。因为氢氟酸与玻璃中的SiO2反应生成气体SiF4,强烈腐蚀玻璃,氢氟酸应保存在塑料瓶或铅皿中。(3)硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应。()提示:×。Si与O2反应。(4)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()提示:√。硅是良好的半导体。(5)石英砂可用于生产单晶硅。()提示:√。石英砂的成分为SiO2,可用碳还原得到粗硅,经提纯得单晶硅。2.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.硅能与氢氟酸反应,则硅可以与盐酸反应【解析】选A。由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiCl4Si+HCl,都是氧化还原反应,B项错误;Si与烧碱溶液反应时,H2O是氧化剂,C项错误;硅不能与盐酸反应,D项错误。3.诺贝尔物理学奖曾授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅,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,因此能与水反应生成硅酸B.用二氧化硅制取单质硅时,当生成2.24L气体(标准状况)时,得到2.8g硅C.6g二氧化硅中含有0.2mol共价键D.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【解析】选D。A项,SiO2不与水反应;B项,SiO2+2CSi+2CO↑,可知当生成标准状况下2.24L气体时,得到1.4gSi;C项,6gSiO2为0.1mol,含有0.4molSi—O键;D项正确。高温====4.SiO2是一种重要的化工原料。下列说法错误的是世纪金榜导学号()A.图中所含反应都不属于氧化还原反应B.纯净二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要材料C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中的碳酸钙D.炼铁时用石灰石将矿石中的脉石转化为易熔的炉渣【解析】选A。C与SiO2反应、Si与Cl2反应、SiCl4与H2反应,都属于氧化还原反应。5.单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备,其中X为Z的氧化物,Y为氢化物,分子结构与甲烷相似,回答下列问题:(1)能与X发生化学反应的酸是________;由X制备Mg2Z的化学方程式为______________。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为________________,Y分子的电子式为______________。【解析】Z为半导体单质,则Z是Si;其氧化物为二氧化硅,即X为SiO2,可与氢氟酸反应,根据反应的流程图可知,二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si,Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物,则Y的分子式是SiH4,其电子式为,加热分解可得到Si单质。答案:(1)氢氟酸SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si(2)Mg2Si+4HCl====2MgCl2+SiH4△====6.下列各单质和化合物之间有以下转化关系,而且各单质和化合物组成的元素皆为1～18号元素。根据上述关系判断:(1)单质A是________(填名称)。(2)各化合物的化学式:甲_______,乙______,丙_______,丁________。(3)单质A和NaOH溶液反应的离子方程式为______________________。(4)化合物乙与过量盐酸反应的离子方程式为____________________。【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)注意突破口:单质A能与NaOH溶液反应生成H2,A形成化合物甲也能与NaOH反应且生成2种化合物,可推知A为Al或Si。(2)乙与过量盐酸反应生成丁,丁分解生成甲和丙,则乙只能是Na2SiO3。【解析】解题的突破口是1～18号元素的单质A与NaOH溶液反应生成氢气C,此元素可能是Al或Si,而产生的化合物乙与过量盐酸反应生成的化合物丁能失去化合物丙生成化合物甲,则进一步推断出A单质只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应,都生成化合物乙(Na2SiO3),只不过A的另一种产物是氢气,而化合物甲的另一种产物为化合物丙,丙又可通过氢气与单质B反应生成,故单质B为O2,甲为SiO2,乙为Na2SiO3,丙为H2O,丁为H2SiO3。答案:(1)硅(2)SiO2Na2SiO3H2OH2SiO3(3)Si+2OH-+H2O====+2H2↑(4)+2H+====H2SiO3↓23SiO23SiO【归纳总结】制备高纯硅涉及的知识(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅:SiO2+2CSi(粗)+2CO↑(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si(粗)+3HClSiHCl3+H2高温====高温====(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4:Si(粗)+2Cl2SiCl4(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅:SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl高温====高温====(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅:SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl(6)高温下用金属镁还原二氧化硅制得粗硅:SiO2+2Mg2MgO+Si高温====高温====(7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应:SiHCl3+3H2O====H2SiO3↓+3HCl+H2↑SiCl4+3H2O====H2SiO3↓+4HCl(8)SiH4在空气中易自燃:SiH4+2O2====SiO2+2H2O考点2:硅酸、硅酸盐和无机非金属材料一、硅酸、硅酸盐1.硅酸的性质、制备与应用(a、b)2.硅酸盐(a)(1)概念:由_______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__________,钾云母(KH2Al3Si3O12)写成_____________________