2022版高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第1节无机非金属材料的主角__硅课件

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第一节　钠及其重要化合物
☞知识点1　碳、硅单质及其氧化物
1．碳和硅的结构、存在与用途(1)碳、硅的原子结构与存在。
(2)碳、硅的物理性质和用途。
2．碳和硅的化学性质——还原性完成上面①～⑧的化学方程式：①__________________________________；②__________________________________；
③__________________________________；④__________________________________；⑤__________________________________；⑥__________________________________；⑦___________________________________________；⑧__________________________________。
Si＋2F2===SiF4(或Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑)　
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑　
3．二氧化碳和二氧化硅的比较
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　
2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O　
CO2＋2NaOH===　
Na2CO3＋H2O　
CO2＋NaOH===　
Na2SiO3＋CO2↑　　
Na2SiO3＋H2O＋CO2===　　
H2SiO3↓＋Na2CO3　　
Na2O＋CO2===Na2CO3　
4．金刚石、硅和二氧化硅的结构比较
5.硅及其氧化物的特性
(1)CO2与水反应生成H2CO3，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与水反应制备硅酸。(2)虽然SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)碳元素是形成化合物种类最多的元素(　　)(2)硅的晶体结构与金刚石相似(　　)(3)硅是地壳中含量最多的非金属，其单质是灰黑色有金属光泽的固体(　　)(4)硅的导电性介于金属与绝缘体之间，是良好的半导体材料(　　)
(5)在点燃的条件下，C可以还原氧化镁生成镁和二氧化碳(　　)(6)C60的摩尔质量是720(　　)(7)金刚石、石墨和C60互为同分异构体(　　)【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×(6)×　(7)×
突破一　碳的化合物的性质及其对环境的影响1．(2020·安徽全国示范高中名校联考)碳循环(如下图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是(　　)
A．碳是构成有机物的主要元素B．光合作用是将太阳能转化为化学能的过程C．化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一D．石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志【答案】D
2．(2020·山东泰安第四中学期中)下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是(　　)A．过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”B．一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合C．金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质也不同D．锅炉中水垢的主要成分为CaCO3和MgCO3【答案】D【解析】氢氧化镁比碳酸镁更难溶，则锅炉中水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2，D错误。
突破二　碳、硅的单质及其氧化物的性质与用途3．下列对于碳和硅的叙述中，正确的是(　　)A．其氧化物都能与NaOH溶液反应B．其单质在加热时都能跟O2反应C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸D．碳和硅两种元素共有两种单质【答案】B
【答案】C【解析】二氧化硅难溶于水，但二氧化硅可以与强碱反应生成盐和水，故二氧化硅是硅酸的酸酐，A错误；该反应中C能置换出硅是因为生成CO气体逸出，促进了反应的自发进行，不能通过该反应比较C、Si的非金属性，B错误；碳酸酸性强于硅酸，由CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，C正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是其特殊性质，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，D错误。
5．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化为电能的常用材料B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C．石英玻璃和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅【答案】A
【答案】B【解析】步骤①中生成1 ml Si，转移4 ml电子，步骤②中消耗1 ml Si，转移2 ml电子，步骤③中生成1 ml Si，转移2 ml电子，B错误。
7．(2020·江西上饶月考)工业上制备高纯硅有多种方法，其中的一种工艺流程如下：
☞知识点2　硅酸、硅酸盐及无机非金属材料
2．硅酸盐 (1)概念：________________________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)可写成____________，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为_________________。(3)硅酸钠(Na2SiO3)。①白色，可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称________，有黏性，水溶液显碱性。
由硅、氧和金属元素组成　
CaO·3MgO·4SiO2　
②它能与酸性较硅酸强的酸反应(写化学方程式)：与盐酸反应：________________________________________。与CO2水溶液反应：______________________________________。③用途：常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓　
Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓　
3．常见无机非金属材料(1)传统无机非金属材料。①常见硅酸盐材料(如下表)。
②玻璃生产中的两个重要反应：________________________________________；________________________________________。(2)新型无机非金属材料。①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学腐蚀性和电绝缘性等。②生物陶瓷：对机体无排斥反应，不会引起代谢作用异常。③压电陶瓷：具有压电效应。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)水玻璃是一种玻璃，泡花碱属于碱(　　)(2)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳元素的非金属性强于硅元素(　　)(3)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中(　　)(4)合成纤维、光导纤维和氮化硅陶瓷都是新型无机非金属材料(　　)
(5)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化(　　)(6)NaAlSi3O8写成氧化物的形式是Na2O·Al2O3·6SiO2(　　) (7)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×(6)√　(7)√
C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2【答案】D【解析】硅酸钠溶液呈碱性且具有黏合性，会将瓶口和瓶塞粘在一起，故Na2SiO3溶液不能保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，A错误；反应②是在高温下进行的反应，CO2为气体，气体逸出可使平衡正向移动，促使反应能够发生，B错误；石英玻璃不属于硅酸盐材料，C错误。
2．月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质上亿吨，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg，Fe)2SiO4]等。下列说法或分析不正确的是(　　)A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2C．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气D．橄榄石中铁为＋2价【答案】B
【解析】辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[(Mg或Fe)2SiO4]的成分均属于硅酸盐类，均属于硅酸盐矿，A正确；硅酸盐用氧化物表示的方法：先写活泼金属氧化物，然后是不活泼的金属氧化物，再是非金属氧化物二氧化硅，最后是水，所以斜长石用氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B错误；月球上有游离态铁是因为月球环境中没有氧化金属铁的物质或者条件，所以月球的表面几乎没有氧气，C正确；橄榄石中，硅元素化合价是＋4价，氧元素化合价是－2价，所以铁元素化合价是＋2价，D正确。
硅单质及其化合物常见易错点(1)用作半导体材料及计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是晶体硅。(2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。(3)传统无机非金属材料(陶瓷、水泥、普通玻璃)的主要成分是硅酸盐。
突破二　无机非金属材料的性能与应用3．(2020·天津学业水平等级考)下列“中国制造”所用的材料属于无机非金属材料的是(　　)
4．(2020·山东泰安第四中学期中)化学与人类生活、生产和社会可持续发展密切相关，下列有关说法正确的是(　　)A．中国天眼FAST用到的高性能碳化硅是一种新型的有机高分子材料B．中国华为自主研发的5G芯片巴龙5000的主要材料是SiC．现代科技已经能够拍到氢键的“照片”，直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键D．用铜片制成的“纳米铜”具有非常强的化学活性，在空气中可以燃烧，说明“纳米铜”的还原性比铜片更强
【答案】B【解析】碳化硅是一种新型的无机非金属材料，A错误；氢键不属于化学键，C错误；“纳米铜”与铜都是铜，只是颗粒大小不同，所以化学性质相同，D错误。
5．宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(　　)A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸
【答案】C【解析】不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，A正确；新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层，无机纤维等，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，B正确；瓷器的原料主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，D正确。
3．(2019·全国卷Ⅰ)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【答案】A
【解析】青瓷的烧制过程就是将含有红棕色氧化铁的色釉在火里烧，再经过还原形成青色，此时铁不再是三价铁，而是二价铁，A错误；陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，B正确；陶瓷是以含硅元素物质为原料通过高温加热发生复杂的物理、化学变化制得的硅酸盐产品，C正确；陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点，D正确。
4．(2017·全国卷Ⅱ)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是____________________，还可使用________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为______________________________。(3)加氨水过程中加热的目的是________________。沉淀B的主要成分为____________、______________(写化学式)。
【答案】(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋　H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)(3)防止胶体生成，易沉淀分离　Al(OH)3　Fe(OH)3
【解析】(1)Fe3＋在pH较小时容易沉淀，所以加入HNO3的目的是将溶液中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋时不会引入杂质，故可利用H2O2来替代HNO3。(2)根据水泥的成分和相关的反应可知，沉淀为不溶于盐酸、硝酸的SiO2；SiO2与弱酸HF反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。