浙江专用高考化学一轮复习专题4非金属及其化合物第二单元含硅矿物与信息材料学案

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第二单元　含硅矿物与信息材料[考点分布]考点一　硅单质及其重要化合物的性质[学生用书P54]1．硅单质的存在形态、物理性质及用途(1)硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。(2)单质的结构、物理性质与用途比较结构晶体硅：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、硬度大、熔点高用途晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.硅单质的化学性质硅在参与化学反应时，一般表现还原性。(1)与非金属单质反应(2)与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑3．工业上制取硅单质第一步，用焦炭在电炉中将石英砂还原制得粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。第二步，粗硅与氯气在高温条件下反应生成SiCl4：Si(粗)＋2Cl2SiCl4。第三步，用H2还原SiCl4：SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。4．二氧化硅的结构与性质结构立体网状结构，不存在单个分子主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水续　表 主要化学性质(填化学方程式)与水反应不反应与酸反应只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O与碱反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件5.硅酸和硅酸钠(1)硅酸(H2SiO3或H4SiO4)①硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。③用途：硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。(2)硅酸钠(Na2SiO3)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它能与酸性比硅酸强的酸反应，写出以下化学方程式：与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。与少量CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。题组硅及其化合物的结构与性质1．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。下列关于硅的说法不正确的是(　　)A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片B．硅可由二氧化硅还原制得C．常温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D．自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅解析：选D。A.硅作为半导体材料被广泛用于制作计算机芯片，故A正确；B.焦炭和二氧化硅在高温下反应制得粗硅，其中二氧化硅作氧化剂被还原，故B正确；C.常温时硅能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气，故C正确；D.自然界中没有游离态的硅，即不存在大量的单质硅，故D错误。2．下列关于CO2和SiO2的说法中正确的是(　　)A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的解析：选A。SiO2不能与水反应，B项错；SiO2也是酸性氧化物，C项错；SiO2中不存在分子，其化学式仅代表Si、O原子个数比为1∶2，D项错。3．(2020·浙江选考考前冲刺)下列说法不正确的是(　　)A．加热纯碱溶液能提高其去油污的能力B．石英玻璃的主要成分是二氧化硅C．含第ⅣA族元素的化合物种类最多D．自然界中的氧元素主要以游离态的形式存在解析：选D。纯碱因水解而使溶液呈碱性，油脂在碱性条件下水解，加热纯碱溶液，溶液的碱性增强，去油污的能力增强，A项正确；石英玻璃中主要含有的物质是二氧化硅，B项正确；化合物种类最多的是有机物，而有机物中均含有碳元素，碳元素处于周期表第ⅣA族，C项正确；自然界中的氧元素主要以化合态形式存在于地壳中，是地壳中含量最高的元素，D项错误。熟记硅及其化合物的特殊性质(1)硅单质的特殊性①Si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非金属单质大多为绝缘体，但Si为半导体。(2)含硅化合物的特殊性①SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。②酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。④因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑也能发生。 考点二　硅酸盐及无机非金属材料[学生用书P55]1．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，多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。2．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。①常见硅酸盐材料比较 水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。(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。题组一复杂硅酸盐的成分及表示方法1．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，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　)A．青石棉是一种硅酸盐材料B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原解析：选B。硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。题组二无机非金属材料成分的辨别与性质2．(2020·宁波质检)硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2解析：选D。A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4 价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。3．(2020·浙江7月选考，T24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是(　　)A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能与SO2反应生成新盐D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2解析：选D。加热时氯化铵分解生成HCl和NH3，HCl与Ca3SiO5反应得到硅酸钙、氯化钙和水，A项正确；水泥吸水会变硬，需密封保存，B项正确；Ca3SiO5能与二氧化硫反应得到亚硫酸钙，C项正确；由上述分析可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应得不到二氧化硅，D项错误。(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是二氧化硅，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(2)熟悉几种常见饰品的主要成分水晶、石英、玛瑙的主要成分是二氧化硅；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。(3)了解用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法①书写顺序：较活泼的金属氧化物·较不活泼的金属氧化物·二氧化硅·水。②各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。 考点三　硅及其化合物的转化关系与应用[学生用书P56]硅及其化合物的转化关系题组化工生产中的硅及其化合物的转化1．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)下列说法正确的是(　　)A．步骤①的化学方程式为SiO2＋CSi(粗)＋CO2↑B．步骤①②③中，硅元素分别被氧化、被还原、被氧化C．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，属于两性氧化物D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点 67.6 ℃)，可通过蒸馏提纯SiHCl3解析：选D。步骤①的生成物为Si(粗)和CO，A项错误；步骤①②③中，硅元素的化合价从正价→0价→正价→0价，所以硅元素分别被还原、被氧化、被还原，B项错误；二氧化硅能与氢氟酸反应，但生成的不是盐和水，所以不属于两性氧化物，C项错误；SiHCl3与SiCl4的沸点不同且相差较大，可通过蒸馏提纯SiHCl3，D项正确。2．X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光导纤维。按要求回答下列问题：(1)C的化学式为________；X的化学式为________。(2)写出下列方程式：反应②的化学方程式：___________________________________________；反应⑦的离子方程式：______________________________________。解析：由I可作光导纤维知，I为SiO2，根据题给第二个框图中的转化关系和“F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F为硅酸，H为硅酸钠；由E→G是加入了硝酸银和稀硝酸，生成了难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，则E中含有氯离子；则化合物C中含硅、氯两种元素，故C为SiCl4，D为Si(NH2)4，X为Si3N4。反应②为SiCl4与过量氨气的反应，反应⑦为硅酸钠与过量二氧化碳的反应。答案：(1)SiCl4　Si3N4(2)SiCl4＋8NH3===Si(NH2)4＋4NH4ClSiO＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO3．单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，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__________________________________________。(3)Z、X中共价键的类型分别是________、__________。解析：Z为半导体单质，则Z是Si；Si的氧化物为二氧化硅，即X为SiO2，其可与氢氟酸反应，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↑　(3)非极性(共价)键　极性(共价)键