2022年高考总复习 化学 模块3 第八单元 第1节 无机非金属材料的主角——硅课件PPT

这是一份2022年高考总复习 化学 模块3 第八单元 第1节 无机非金属材料的主角——硅课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了化合态，立体网状，金刚石，半导体等内容，欢迎下载使用。
1.碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途
注：硅为亲氧元素，在自然界中无游离态。
2.碳、硅单质的化学性质及用途
C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
(1)四氯化硅还原法①工艺流程
(2)三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)①工艺流程
[ 自主测评 ]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料(
(2)高纯度的单晶硅用于制造光导纤维((3)硅主要以单质形式存在于自然界中(
(4)硅是一种良好的半导体材料(
(5)碳有多种同素异形体，氧不存在同素异形体(
2.【深度思考】硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)工业上生产粗硅时发生的反应有 SiO2＋2C
Si(粗)＋2CO↑、SiO2＋3C
SiC＋2CO↑。若产品中单质
硅与碳化硅的物质的量之比为 1∶1，则参加反应的 C 和 SiO2的物质的量之比约为________。
(2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①若反应Ⅰ为 Si(粗)＋3HCl
SiHCl3＋H2↑，则反应Ⅱ
的化学方程式为______________________________________。②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3 遇水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和另一种物质，写出该反应的化学方程式：________________________。
(2)①SiHCl3＋H2==============Si(纯)＋3HCl
答案：(1)5∶21373～1453K
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑
(1)Si 的还原性强于C，但C 能还原SiO2 生成Si，且氧化
产物为CO，2C＋SiO2
Si＋2CO↑，其原因是产物CO 为气
体，它的逸出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。(2)不要混淆硅和二氧化硅的用途，用作半导体材料的是晶体硅，用于制作光导纤维的是SiO2。(3)不要混淆常见含硅物质的成分。①计算机芯片的成分是晶体硅；②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2；
③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
碳、硅单质的性质及应用
1.化学与人类社会的生产、生活有着密切联系，下列叙述
A.硅是应用广泛的半导体材料，常温下化学性质活泼B.手机和电脑的核心部件是芯片，芯片主要成分是晶体硅C.硅可与氢氟酸和氢氧化钠溶液反应，说明硅是两性物质
D.硅具有良好的导电性，所以可以用作 5G 光缆
解析：硅是应用广泛的半导体材料，常温下化学性质不活泼，A 错误；，芯片的成分是晶体硅，B 正确；硅可与氢氟酸和氢氧化钠溶液反应，这是硅的特性，硅不属于两性物质，C 错误；5G 光缆的主要成分是二氧化硅，D 错误。
A.“一带一路”是“丝绸之路经济带”和“21 世纪海上丝绸之路”的简称。丝绸的主要成分是蛋白质，属于高分子化合物B.宋代画家王希孟的《千里江山图》卷中绿色颜料“铜绿”的主要成分是碱式碳酸铜C.“中国天眼”的镜片材料为 SiC，属于新型无机非金属材料
解析：丝绸的主要成分是蛋白质，蛋白质属于高分子化合物，A 正确；绿色颜料“铜绿”的主要成分是碱式碳酸铜，B正确；SiC 属于新型无机非金属材料，C 正确；从石墨中剥离出的石墨烯能导电，属于单质，因此不是电解质，D 错误。
3.(2020 年郑州外国语学校月考)习主席在 2020 年新年贺词中强调“5G 商用加速推出，……凝结着新时代奋斗者的心血和汗水，彰显了不同凡响的中国风采、中国力量”，制造芯片用到高纯硅，用 SiHCl3 与过量 H2 在 1100～1200 ℃反应制备高纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置略去)：
A.装置 B 中的试剂是浓硫酸B.实验时先打开装置 C 中分液漏斗的旋塞C.装置 C 中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3 气化D.装置 D 不能采用普通玻璃管的原因是在反应温度下，普通玻璃管会软化
解析：SiHCl3 遇水强烈水解，所以应干燥 H2，故装置 B 中的试剂是浓硫酸，A 正确；SiHCl3 在空气中易自燃，实验前应排尽装置内的空气，所以应先通 H2，后打开装置 C 中分液漏斗的旋塞，B 错误；SiHCl3 呈液态，需转化为蒸气进入石英管中与 H2 反应，所以装置 C 中的烧瓶需要加热，C 正确；制高纯硅时，温度在 1100～1200 ℃，所以装置 D 不能采用普通玻璃管，D 正确。答案：B
4.(2020 年广安模拟)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程，下列有关叙述正确的是
A.SiHCl3 的电子式为B.SiCl4 用于制备光纤
C.由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质有 HCl、H2 等D.多晶硅性质稳定，不溶于酸，也不溶于碱
解析：SiHCl3 分子中硅原子最外层有 4 个电子，能形成 4个共价键达到稳定结构，每个氢原子或氯原子能形成一个共价
键达到稳定结构，电子式：
，A 错误；二氧化硅是制
备光纤的主要原料，不是 SiCl4，B 错误；根据图知，粗硅和干燥 HCl 反应生成混合物，SiHCl3 和氢气反应生成 HCl；混合物分离得到氢气，SiHCl3 和氢气反应生成 HCl 需要氢气，所以由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质有 HCl、H2 等，C 正确；硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为 Si＋2OH－＋H2O===答案：C
(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水。能使人中毒的原因是其易与人体中______________结合，使人缺氧而中毒。
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
2.二氧化碳和二氧化硅的比较
CO2＋H2O H2CO3
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
Na2SiO3＋H2O
Na2SiO3＋CO2↑
CaSiO3＋CO2↑
CaCO3↓＋2HClO
[ 自主测评 ]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)SiO2 既可以和氢氟酸反应，又可以和 NaOH 溶液反应，
(2)碳和硅的氧化物都能与 NaOH 溶液反应((3)实验室中保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞(
(4)光导纤维具有很强的导电能力，所以大量用于制造通信
(5)向一定浓度的 Na2SiO3 溶液中通入适量 CO2 出现白色沉
淀，证明 H2SiO3 的酸性比 H2CO3 的酸性强(
2.【深度思考】为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置：
(1)A 装置的作用是____________。
(2)实验后怎样处理尾气：__________，发生反应的化学方
程式为______________________________。
(3) 若 实 验 时 观 察 到 ___________________________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。
答案：(1)吸收 CO2 (2)点燃
(3)B 中无明显现象，C 中黑色粉末变成光亮的红色，D 中澄清石灰水变浑浊
(1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛
放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。
(2)NaOH 溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞
(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电
炉中进行，得到的氧化产物是 CO 而不是 CO2。
(4)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O 为氧化剂。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(5)SiO2 既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物。(6)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，SiO2 虽然是H2SiO3 的酸酐，但它不与水反应，不能直接与水作用制备H2SiO3。
(7)不能依据反应2C＋SiO2
Si＋2CO↑来说明C 的还
原性比Si 强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3CO2↑ 来说明SiO2 水化物 H2SiO3 的酸性比 H2CO3 强。
二氧化硅和二氧化碳的性质比较
1.(2020 年运城月考)下列说法正确的是(
A.SiO2 可用于生产玻璃、制备光电池B.CO2 可用于制备饮料，也可作蔬菜大棚中的“气体肥料”C.若发生氯气泄漏事故，周边的人应该向避风的低洼处转移D.SiO2 属于酸性氧化物，所以可以与水直接化合生成硅酸
解析：硅为半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化为电能，A 错误；CO2 可用于制备碳酸饮料，植物光合作用需要吸收二氧化碳，可作蔬菜大棚中的“气体肥料”，B 正确；氯气的密度比空气大，若发生氯气泄漏事故，周边的人应该向避风的高处转移，C 错误；二氧化硅难溶于水，故不能用二氧化硅与水直接化合得到，D 错误。
2.(2020 年天津模拟)SiO2 是一种化工原料，可以制备一系
列物质。下列说法正确的是(
A.图中所有反应都不属于氧化还原反应B.硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维
C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高解析：图中 SiO2 与 CaO、CaCO3、Na2CO3 的反应不属于氧化还原反应，SiO2 与 C、Si 与 Cl2、SiCl4 与 H2 的反应属于氧化还原反应，A 错误；光导纤维的主要成分是 SiO2 而不是硅酸盐，B 错误；玻璃没有固定的熔点，D 错误。
二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律
解析：硅酸与过量的 CO2 不反应。答案：B
4.(2020 年黄冈中学月考)在下列各溶液中通入足量 CO2 气
体，最终有浑浊产生的是(
① 饱和 Na2CO3 溶 液
③Ca(ClO)2 溶 液
④CaCl2 溶液 ⑤Na2SiO3 溶液
A.全部C.除①②③外
B.除①④外D.①⑤⑥
解析：先判断反应是否发生，再根据生成物的溶解性进行判断，难溶性的物质会产生沉淀，白色沉淀有：硅酸、氢氧化铝、难溶的碳酸盐等。①饱和碳酸钠溶液和二氧化碳反应生成碳酸氢钠，由于碳酸氢钠溶解度比碳酸钠小，则生成沉淀，
故①符合题意；②向 Ca(OH)2 溶液中通入过量 CO2 会生成易溶于水的碳酸氢钙，没有沉淀，故②不符合题意；③向 Ca(ClO)2溶液通入过量 CO2 会生成次氯酸和碳酸氢钙，没有沉淀，故③不符合题意；④向 CaCl2 溶液中通入 CO2 不会发生反应，无沉淀出现，故④不符合题意；⑤向 Na2SiO3 溶液中通入过量 CO2会生成硅酸沉淀，故⑤符合题意；⑥碳酸酸性大于氢氧化铝，将二氧化碳通到偏铝酸钠的溶液中，会产生氢氧化铝白色沉淀，故⑥符合题意。
CO2 与碱溶液反应的规律
6.浓度相同的 NaOH 溶液各 100 mL 倒入 A、B、C 三个烧杯中，分别向三份溶液中通入不等量的 CO2，充分反应后，再向三份所得溶液中逐滴加入 0.2 ml·L－1 的盐酸，产生 CO2 的体
A.原 NaOH 溶液的浓度为 0.2 ml·L－1
B.B 烧杯中通入的 CO2 体积为 448 mL(标准状况)
C.通入 CO2 后，A 烧杯中的溶质为 Na2CO3 和 NaHCO3D. 通入CO2 后， C 烧杯中溶质成分的物质的量之比为
n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1
状况下V(CO2)＝224 mL，B错误；A烧杯中未产生气体消耗的盐酸体积小于开始产生气体到气体完全生成消耗的盐酸体积，故溶质为Na2CO3和Na2HCO3，C正确；C烧杯中未产生气体消耗的盐酸体积大于开始产生气体到气体完全放出消耗的盐酸体积，故溶质为Na2CO3和NaOH，据HCl～CO2，可知n(Na2CO3)＝n(CO2)＝(100－75)×10－3×0.2 ml＝5×10－3 ml，故n(NaOH)＝(50－0)×10－3×0.2 ml＝1×10－2 ml，即n(NaOH)∶ n(Na2CO3)＝2∶1，D正确。
CO2 与碱反应的规律
(1)反应原理(2)反应后溶质成分的判断
考点三 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
1.硅酸的性质、制备与应用
Na2CO3＋H2SiO3↓
H2SiO3 SiO2＋H2O
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
(1)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____性。②与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为____________________________________；与 CO2 水溶液反应的化学方程式为_______________________________________。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
(2)硅酸盐组成的表示
通常用二氧化硅和金属氧化物的组成形式表示硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为__________，石棉(CaMg3Si4O12)
可表示为__________________。
CaO·3MgO·4SiO2
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。
②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2
________________；CaCO3＋SiO2(2)新型无机非金属材料
_________________。
(1)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料(
(2)Si→SiO2→H2SiO3 均能一步转化(
(3)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为
(4)向一定浓度的 Na2SiO3 溶液中通入适量 CO2 气体，出现
(5)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成
2.【深度思考】歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷所用颜料的成分一直是个谜。近年来科学家才得知古瓷中所用的颜料大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜的化合价为＋2)，其中 x 等于________，硅酸铜钡可用氧化物的形式表示为________________。
BaO·CuO·2SiO2
(1)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。
(2)硅酸盐大多不溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称为水玻璃，但却是盐溶液。硅胶(mSiO2·nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。
(3)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。
(4)NaOH 溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能使用磨口玻璃塞
硅及其化合物的相互转化
A.反应开始一段时间后，Na2SiO3 溶液中出现白色沉淀B.该实验的现象说明酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3C.该实验不能证明元素的非金属性：Cl>C
D.若去掉盛放 NaHCO3 饱和溶液的装置，依然能说明酸性：
HCl>H2CO3>H2SiO3
解析：H2CO3 的酸性比 H2SiO3 的强，所以反应开始一段时间后，Na2SiO3 溶液中出现 H2SiO3 白色沉淀，A 正确；锥形瓶中 CaCO3 与稀盐酸反应产生 CO2，说明酸性：HCl>H2CO3，将产生的气体通入 NaHCO3 饱和溶液可以除去 CO2 中的 HCl，然后 通 入 Na2SiO3 溶 液 中 出 现 白 色 沉 淀 ， 说 明 酸 性 ：H2CO3>H2SiO3 ，B 正确；该实验不能证明元素的非金属性：Cl>C，C 正确；若去掉盛放 NaHCO3 饱和溶液的装置，则 CO2中混有的 HCl 也能与 Na2SiO3 反应生成 H2SiO3 沉淀，不能说明酸性 H2CO3>H2SiO3，D 错误。
2.(2020 年南宁联考)已知 A 是灰黑色的，有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题：
(1)写出 B、C 两物质的名称：B______，C______。
(2)写出 D→B 的化学方程式：_______________________。(3)写出 B→C 的离子方____________________________。
解析：灰黑色有金属光泽的固体单质 A 能与 O2 反应，能与 NaOH 溶液反应，且 A 由氧化物 D 与碳高温下反应制得，故A 为 Si，依据各物质间的转化关系进而推知 B 为 Na2SiO3，C为 H2SiO3，D 为 SiO2。
高。下列说法错误的是(
3.世界第一条大面积碲化镉薄膜“发电玻璃”生产线在成都投产，该材料是在玻璃表面镀一层碲化镉薄膜，光电转化率
A.普通玻璃含有二氧化硅B.该发电玻璃能将光能完全转化为电能C.碲化镉是一种无机化合物D.应用该光电转化技术可减少温室气体排放
解析：普通玻璃的主要成分是二氧化硅，A 正确；该发电玻璃光电转化率高，但不能将光能完全转化为电能，B 错误；碲化镉属于无机化合物，C 正确；应用该光电转化技术，提高了光电转化率，能够减少温室气体排放，D 正确。
4.(2020 年厦门二中模拟)水玻璃(Na2SiO3 溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
A.原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B.操作 A 与操作 B 完全相同C.该流程中硅元素的化合价发生改变D.反应器中发生的反应为氧化还原反应
解析：稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，A 正确；操作 A 为过滤，操作 B 为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B 错误；二氧化硅和硅酸钠中，硅元素的化合价均为＋4 价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C 错误；反应器中发生的反应为 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有化合价的变化，属于非氧化还原反应，D错误。
一，其相关性质的说法不正确的是(
1.(2020 年浙江选考)Ca3SiO5 是硅酸盐水泥的重要成分之
A. 可发生反应：Ca3SiO5 ＋4NH4Cl
CaSiO3 ＋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：Ca3SiO5与NH4Cl反应的方程式为Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O，A 正确；Ca3SiO5 可看作 3CaO·SiO2，CaO 能与水反应，所以需要密封保存，B 正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入到 Ca3SiO5 溶液时，发生反应：3SO2＋H2O＋Ca3SiO5===3CaSO3＋H2SiO3，C 正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与 Ca3SiO5 反应时，发生反应：6HCl＋Ca3SiO5===3CaCl2＋H2SiO3＋2H2O，D 不正确。
C.滤去CaCO3 D.制得 CaCl2·6H2O
解析：碳酸钙盛放在锥形瓶中，盐酸盛放在分液漏斗中，打开分液漏斗活塞，盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水，A 正确；二氧化碳密度比空气大，用向上排空气法收集二氧化碳气体，B 正确；加入的盐酸与碳酸钙反应后，部分碳酸钙未反应完，碳酸钙是难溶物，因此用过滤的方法分离，C正确；CaCl2·6H2O 易失去结晶水，因此不能通过加热蒸发皿得到，可由氯化钙的热饱和溶液冷却结晶析出六水氯化钙结晶物，D 错误。答案：D
3.(2019 年新课标Ⅰ卷)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
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
解析：氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，A 错误；秦兵马俑是陶制品，陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成型、煅烧而制成的，B 正确；陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物，陶瓷的主要成分是硅酸盐，与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品，C 正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐的化学性质不活泼，具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点，D 正确。
4.(2017 年新课标Ⅱ卷节选)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：
(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________(写化学式)，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)。
为 Fe3+，为了不引入新杂质，还可用 H2O2代替硝酸。(2)根据
解析：(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的 Fe2＋氧化
图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀 A 为 SiO2(或 H2SiO3)，SiO2(或 H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成 SiF4 和 H2O。(3)加入氨水调节溶液的 pH＝4～5 的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀 B 的主要成分是 Al(OH)3和 Fe(OH)3。