2024年高考化学一轮复习　第27讲　硅　无机非金属材料 学案（含答案）

这是一份2024年高考化学一轮复习　第27讲　硅　无机非金属材料 学案（含答案），共9页。

考点一 碳族元素 硅和二氧化硅
1．碳族元素概述
(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于ⅣA族元素，又称碳族元素，其价电子排布式为________________。
(2)碳的单质
①碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为__________。
②几种单质的结构特点
金刚石：________空间网状结构；石墨：平面________层状结构，C60是由60个碳原子形成的足球状分子晶体。
2．硅
(1)存在：硅在自然界中全部以________存在，在地壳中的含量仅次于氧。
(2)单晶硅的物理性质：灰黑色，属于共价晶体，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。
(3)硅制取
由石英砂制取并获得高纯硅的主要反应的化学方程式如下：
①SiO2＋2Ceq \(===========,\s\up7(1 800～2 000 ℃))________；
②Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))SiHCl3＋H2；
③SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl。
3．二氧化硅与二氧化碳的比较
1．12C、13C、14C是碳的三种同素异形体( )
2．金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质( )
3．石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应( )
4．Si是半导体材料，可用于制作太阳能电池( )
5．SiO2与NaOH溶液反应生成盐和水，也可以和氢氟酸反应，所以SiO2是两性氧化物( )
1．下列关于硅的说法不正确的是( )
A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3Ceq \(=====,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的原理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde C．cde D．ab
3．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)eq \(=====,\s\up7(△))SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2eq \(=====,\s\up7(高温))Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是( )
A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用
B．①和②互为可逆反应
C．该流程中需要隔绝空气
D．粗硅制备不能通过SiO2eq \(―――→,\s\up7(HClaq))SiCl4eq \(――→,\s\up7(H2),\s\d5(高温))Si实现
考点二 无机非金属材料
1．常见硅酸盐材料比较
2.新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。
(2)碳纳米材料
①类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
②用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。
(3)特殊功能的含硅材料
①碳化硅共价晶体，具有金刚石结构，可用作磨料。
②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。
1．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐( )
2．二氧化硅可用于生产玻璃( )
3．碳化硅俗称金刚砂，它可用于高温结构陶瓷的制作( )
4．压电陶瓷能实现机械能与电能的相互转化( )
5．石墨烯的电阻率低，热导率也低( )
6．传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料( )
1．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：
下列说法正确的是( )
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
2．(2023·广西模拟)新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示：
下列有关说法正确的是( )
A．石墨烯是一种新型化合物
B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物
C．二者和石墨都是碳的同素异形体
D．氧化石墨烯具有一定的亲水性
3．世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋、混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氟酸腐蚀，原因分别为_____________________________、___________________________________________________________(用化学方程式表示)。
(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是____________________。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式为____________________________________________________
____________________________________________________________________(任写一个)。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是____________________________________________________________________(填化学式)。
(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是________(填字母)。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维(2022·浙江，8A)( )
(2)用焦炭和石英砂制取粗硅，SiO2可制作光导纤维(2022·广东，12A)( )
(3)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一(2022·湖南，2D)( )
(4)单晶硅熔点高，所以可用作半导体材料(2022·江苏，7B)( )
(5)冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料(2022·辽宁，1A)( )
(6)火炬“飞扬”使用的碳纤维属于有机高分子材料(2022·辽宁，1B)( )
2．(2022·河北，1)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料
B．陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C．陶瓷烧制的过程为物理变化
D．白瓷的白色是因铁含量较高
3．(2022·广东，3)广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是( )
4.(2019·全国卷Ⅰ,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
第27讲 硅 无机非金属材料
考点一
归纳整合
1．(1)ns2np2 (2)①同素异形体 ②正四面体 正六边形
2．(1)化合态 (3)①Si＋2CO↑
3．共价 分子 Si＋2CO↑ SiF4↑＋2H2O 酸性
易错辨析
1．× 2.× 3.× 4.√ 5.×
专项突破
1．C 2.B 3.B
考点二
易错辨析
1．× 2.√ 3.√ 4.√ 5.× 6.×
专项突破
1．A 2.D
3．(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)石灰石 SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑(或SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑)
(3)SiO2 (4)D
解析 (2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料为石灰石。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式有SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑或SiO2＋CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。(4)普通玻璃坩埚和石英玻璃坩埚中的二氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A、B不选；氧化铝坩埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C不选；铁与熔融的氢氧化钠不反应，故D选。
真题演练 明确考向
1．(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)×
2．A 3.C
4．A [“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。]
化学式
SiO2
CO2
晶体类型
____晶体
____晶体
用途
制造光导纤维的主要原料
干冰可用于人工降雨
与水反应
不反应
CO2＋H2OH2CO3
与C反应
SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))________________
C＋CO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO
与HF反应
SiO2＋4HF===________________
不反应
均属于______氧化物
(1)能与碱反应生成盐和水，如SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)能与某些金属氧化物反应，如SiO2＋CaOeq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3
(3)能与某些盐反应，如SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑
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
玻璃窑
陶瓷窑
文物
选项
A.南宋鎏金饰品
B.蒜头纹银盒
C.广彩瓷咖啡杯
D.铜镀金钟座