2022河北新高考化学(苏教版) 一轮复习 优化设计 专题四非金属及其化合物 第1讲硅矿物 信息材料学案

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专题四　非金属及其化合物第1讲　含硅矿物与信息材料 备考要点素养要求1.了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。2.了解碳、硅及其化合物的主要性质及其应用。1.宏观辨识与微观探析:能从不同层次认识碳、硅单质及其化合物的性质。2.科学态度与社会责任:了解硫、氮元素的化合物对环境的影响,根据所学化学知识提出解决方案进行环境保护,培养可持续发展意识,赞赏碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献。  考点一　碳、硅及其氧化物必备知识自主预诊　知识梳理1.碳、硅的存在形态、物理性质和用途元素碳硅存在形态　　　　　　　　　 　　　　 单质结构金刚石:正四面体空间网状结构石墨:层状结构C60:足球形分子晶体硅:正四面体空间网状结构单质物理性质金刚石:熔点高、硬度大石墨:硬度小、电的良导体灰黑色固体,有金属光泽、熔点高、硬度大单质用途金刚石用于制造切割刀具;石墨用于制造电极、铅笔芯半导体材料和合金材料 2.碳、硅单质的化学性质(1)碳单质的化学性质——还原性。①与O2的反应(用化学方程式表示):O2不足:　　　　　　　　　　　　; O2充足:　　　　　　　　　　　。 ②与其他物质的反应(用化学方程式表示):a.与CuO反应:　　　　　　　　　　　　　　(可用于金属的冶炼); b.与CO2反应:　　　　　　　　　　; c.与水蒸气反应:　　　　　　　　　　　　　　(制水煤气); d.与浓硫酸反应:　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)硅单质的化学性质——还原性:①与O2反应(用化学方程式表示,下同):　　　　　　; ②与氢氟酸反应:　　　　　　　　　　　　; ③与NaOH溶液反应:　　　　　　　　　　　　　。 3.硅的制备(1)原料:二氧化硅、焦炭。(2)原理:　　　　　　　　　　　　　　。 (3)提纯:　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4.碳和硅的氧化物(1)一氧化碳:无色无味的有毒气体,不溶于水,可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。(2)二氧化碳和二氧化硅:物质二氧化硅二氧化碳所属类别均为酸性氧化物结构由氧、硅原子构成空间网状结构由CO2分子构成物理性质硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水熔、沸点低,常温下为气体,能溶于水化学性质与水反应不反应CO2+H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应:　　　　　　　　　　 不反应与碱(NaOH)反应　　　　　　　　　　　　　(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) CO2少量:　　　　　　　　　　　　; CO2过量:　　　　　　　　　　 与盐反应如与Na2CO3反应:　　　　　　　　　　　　　 如与Na2SiO3反应:　　　　　　　　　　　　　　 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、电子部件等制饮料、制碳酸盐等 自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)碳、硅在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态。 (　　)(2)晶体硅熔点高、硬度大,故可用于制作半导体材料。 (　　)(3)硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应。 (　　)(4)SiO2具有导电性,故可用于制备光导纤维。 (　　)(5)Na2CO3溶液贮存在带有玻璃塞的玻璃试剂瓶中。 (　　)2.下列叙述正确的是(　　)A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以两者物理性质相似B.因为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强C.CO2和SiO2都能与碳反应,且都是氧化剂D.SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以SiO2属于两性氧化物关键能力考向突破　考向　碳、硅及其化合物的性质和应用【典例】 (2020重庆一中月考)下列说法中不正确的是 (　　)A.石墨可导电,在一定条件下可与SiO2反应B.二氧化硅是硅酸的酸酐,但不能用二氧化硅和水直接反应来制取硅酸C.硅的化学性质不活泼,但在常温下也可和某些物质反应D.碳、硅的氧化物均能与NaOH溶液反应归纳总结碳酸虽然是一种弱酸,但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强,将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中,均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐,这是“强酸制弱酸”原理的应用。如CO2(少量)+Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2SiO3↓;CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO;CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O2Al(OH)3↓+Na2CO3;CO2(过量)+NaAlO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3;CO2++H2ONaHCO3+对点演练1(2021年1月福建省适应性测试)福建省三钢集团近年来大气污染治理成效显著,厂区“绿”意盎然。治理后,钢铁厂排放的尾气中,下列物质含量最大的是              (　　)　　　　　　　 　　　　　 　　A.CO2 B.NO2C.SO2 D.PM10对点演练2下列说法正确的是(　　)A.常温下,单质硅的性质稳定,与强酸、强碱都很难发生反应B.高纯硅可用于制造太阳能电池,高纯二氧化硅可用于制造光导纤维C.SiC和C60两种化合物均属于新型无机非金属材料D.工业上用二氧化硅在高温下与焦炭反应制得高纯硅深度指津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+H2ONa2SiO3+2H2↑非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si+4HFSiF4↑+2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体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反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,碳酸酸性强于硅酸,如Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑  考点二　硅酸、硅酸盐和无机非金属材料必备知识自主预诊　知识梳理1.硅酸(1)弱酸性:H2SiO3难溶于水,其酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与强碱(如NaOH)反应,化学方程式为　　　　　　　　　　　。 (2)不稳定性:H2SiO3不稳定,受热易分解,化学方程式为　　　　　　　　　　　。 (3)硅酸的制备。可利用可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与强酸(如盐酸)反应制备硅酸,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 2.硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸盐组成的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,如红柱石表示为Al2O3·SiO2,锆石表示为ZrO2·SiO2。微点拨氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构,切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。将硅酸盐写成氧化物时氧化物的书写顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。 (3)硅酸钠。①硅酸钠可溶于水,其水溶液俗称水玻璃,有黏性。②化学性质:a.Na2SiO3溶液与盐酸反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　。 b.Na2SiO3溶液与少量CO2反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　。 ③用途:黏合剂(矿物胶),耐火、阻燃材料。3.无机非金属材料(1)传统无机非金属材料(如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料)。硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑 生产玻璃中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。(2)新型无机非金属材料:硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等。微点拨①玻璃中含有二氧化硅,因此氢氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。②NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用玻璃塞而应使用橡胶塞。 自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在。 (　　)(2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。 (　　)(3)非金属性:C>Si,则热稳定性:CH4>SiH4。 (　　)(4)SiO2是酸性氧化物,可溶于强碱(如NaOH)溶液,不溶于任何酸。 (　　)(5)玻璃是一种晶体,有较高的熔点。 (　　)(6)水玻璃是一种特殊的玻璃,泡花碱属于碱。 (　　)2.硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是　　　　。 　　　　　　　 　　　　　 　　A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　,工艺师常用　　　　　　(填物质名称)来雕刻玻璃。 (3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作　　　　　　。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是　　　　。 A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚(4)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO↑制备粗硅,该反应中所含元素化合价升高的物质是　　　　(填化学式,下同),氧化剂是　　　　　。 关键能力考向突破　考向1　硅酸、硅酸盐的组成和性质【典例1】 (2019全国1,7)陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。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.闻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、抗氧化等优点对点演练1(2020河北正定月考)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”,下列说法正确的是(　　)A.晶体硅具有半导体性质,可用于生产光导纤维B.玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应,故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰C.陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料D.硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2考向2　常见无机非金属材料及其主要用途【典例2】 (2019北京理综,6)下列我国科研成果所涉及材料中,主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是 (　　)A.4.03米大口径碳化硅反射镜               B.2022年冬奥会聚氨酯速滑服                                C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线            D.“玉兔二号”钛合金筛选网轮                                        对点演练2(2020山东宁津一中模拟)2018年是“2025中国制造”启动年,而化学与生活、生产、社会可持续发展密切相关。下列有关化学知识的说法错误的是              (　　)A.高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路” B.我国发射“嫦娥三号”卫星所使用的碳纤维是一种非金属材料C.用聚氯乙烯代替木材,生产快餐盒,以减少木材的使用D.碳纳米管表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能 网络构建核心速记1.牢记几种物质的重要用途:Si——半导体材料、太阳能电池板。SiO2——光导纤维。H2SiO3——硅胶可用作干燥剂。Na2SiO3(水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料。2.熟记7个主要反应:①Si+2OH-+H2OSi+2H2↑;②SiO2+2OH-Si+H2O;③SiO2+2CSi+2CO↑;④SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;⑤Si+2CO2(足量)+2H2OH2SiO3↓+2HC;⑥Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;⑦CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。第1讲　含硅矿物与信息材料考点一　碳、硅及其氧化物必备知识·自主预诊1.游离态和化合态　化合态2.(1)①2C+O22COC+O2CO2②C+2CuO2Cu+CO2↑C+CO22COC+H2O(g)CO+H2C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O(2)①Si+O2SiO2②Si+4HFSiF4↑+2H2↑③Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑3.(2)SiO2+2CSi(粗)+2CO↑(3)Si(粗)+2Cl2SiCl4　SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl4.(2)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O　SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O　CO2+2NaOHNa2CO3+H2O　CO2+NaOHNaHCO3　SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑　Na2SiO3+H2O+CO2(不足)H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量)H2SiO3↓+2NaHCO3　SiO2+CaOCaSiO3　Na2O+CO2Na2CO3自我诊断1.答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×2.C　CO2的熔、沸点低,可溶于水,SiO2的熔、沸点高,硬度大,不溶于水,两者都是酸性氧化物,但和物理性质没有因果关系,A错误;CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体,易脱离反应体系,不能说明硅酸的酸性比碳酸强,B错误;SiO2和氢氟酸反应是SiO2的特殊性质,不能说明SiO2是两性氧化物,D错误。关键能力·考向突破典例 D　A、B项正确;硅常温下能与氢氟酸反应,C项正确;CO不溶于水,不能和H2O反应生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应,D项错误。对点演练1 A对点演练2 B　常温下,单质硅能与NaOH溶液发生反应,A项错误,B项正确;C60是碳元素形成的一种单质,不是化合物,C项错误;二氧化硅和焦炭在高温下反应制得的硅中会含有少量C、SiC等杂质,应为粗硅,D项错误。考点二　硅酸、硅酸盐和无机非金属材料必备知识·自主预诊1.(1)H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O(2)H2SiO3SiO2+H2O(3)Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl2.(3)②Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3↓自我诊断1.答案 (1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×2.答案 (1)D　(2)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O　氢氟酸(3)防火剂　D　(4)C　SiO2关键能力·考向突破典例1 A　氧化铁为红棕色,因此瓷器的青色不是来自氧化铁,A项错误;陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结而成的,其化学性质稳定,不与酸、碱和氧气等反应,B、C、D三项正确。对点演练1 D　晶体硅具有半导体性质,可用于生产电脑芯片,二氧化硅可用于制造光导纤维,A不正确;玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应,但不能用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰,B不正确;陶瓷、水泥属于硅酸盐材料,石英玻璃的主要成分是二氧化硅,C不正确;硅酸盐Na2Fe2Si3O9可用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2,D正确。典例2 A　碳和硅同为第ⅣA族非金属元素,A正确;聚氨酯含有的C、H、O、N不属于同主族元素,B错误;碳包覆银纳米线含有Ag、C,Ag、C不属于同主族元素,C错误;钛合金筛选网轮由钛合金制成,钛不属于主族元素,D错误。对点演练2 C　高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,二氧化硅能够被强碱腐蚀而造成断路,A正确;碳纤维是碳的一种单质,属于非金属材料,B正确;聚氯乙烯难降解,大量使用能够引起白色污染,且聚氯乙烯塑料有毒不能用于食品包装以及生产快餐盒等,C错误;碳纳米管表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能,D正确。