届高考化学大一轮复习讲义新人教版第四章第1讲无机非金属材料的主角硅.docx
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届高考化学大一轮复习讲义新人教版第四章第1讲无机非金属材料的主角硅
第1讲 无机非金属材料的主角——硅
[考纲解读] 1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
考点一 碳、硅单质的存在与性质
1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
（1）碳在自然界既有________态又有________态。
碳的同素异形体有________、________、无定形碳、________等。
（2）硅在地壳中的含量占第____位，仅次于____，全部以________态存在，是一种亲____元素，单质硅有________和________形两种。
晶体硅是良好的________材料，在计算机等电子工业，可用作____________、大规模____________等。
硅是人类将________能转化为____能的常用材料，所以硅还用于制造________。
2．碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
与O2反应
高温
与强氧化
性酸反应
浓H2SO4：
浓HNO3：
C＋4HNO3（浓）
=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O）
O2（足量）：
O2（不足）：
与氧化
物反应
CuO：
（冶炼金属）
SiO2：
（制取粗硅）
（1）碳
H2O：
C＋H2O（g）=====CO＋H2（制取水煤气）
△
（2）Si
1．下列关于碳族元素的叙述，不正确的是（ ）
A．碳族元素的化合物主要是共价化合物
B．碳族元素的单质都是导体或半导体
C．自然界中大量存在着碳族元素中某元素的气态氢化物
D．碳族元素形成的化合物多于其他族元素形成的化合物
2．下列关于硅的说法中，不正确的是（ ）
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，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反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
3．2010年诺贝尔物理学奖用于表彰首次剥离出单层石墨的科学
家。
单层石墨称为石墨烯，这种“只有一层碳原子厚的碳薄
片”的石墨烯，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、
传导电子速度最快的新型材料，应用前景十分广阔！
（结构示
意图如图所示）。
下列关于石墨烯的叙述正确的是（ ）
A．石墨烯可导电，说明它是电解质
B．石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质
C．由于C（石墨，s）===C（金刚石，s） ΔH＝1.9kJ·mol－1知金刚石比石墨烯稳定
D．尽量使用含
C的产品，减少使用含
C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨
考点二 碳、硅的氧化物
1．一氧化碳
（1）物理性质：
____色气体，____毒，____溶于水。
（2）化学性质
①燃烧：
____________________________________________________________________，
__________火焰；
②还原CuO：
________________________________________________________________。
2．二氧化碳和二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
结构
__________结构，不存在单个分子
存在单个CO2分子
主要物理性质
硬度____，熔、沸点____，常温下为____体，不溶于水
熔、沸点____，常温下为气体，微溶于水
化学性质
①与水反应
不反应
②与酸反应
只与氢氟酸反应：
______________
不反应
③与碱（NaOH）液反应
______________（盛碱液的试剂瓶用____塞）
④与盐反应
如与Na2CO3反应：
__________
______
如与Na2SiO3反应：
__________________或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2（足量）===H2SiO3↓＋2NaHCO3
⑤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
制饮料、制碳酸盐
4．除去下列气体中混有的杂质（括号内为杂质）可采取的方法：
（1）CO（CO2）：
________________________________________________________________。
（2）CO2（CO）：
_______________________________________________________________。
（3）CO2（O2）：
________________________________________________________________。
（4）CO2（SO2）：
_______________________________________________________________。
（5）CO2（HCl）：
______________________________________________________________。
（6）CO2（H2S）：
______________________________________________________________。
5．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（ ）
②SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑（ ）
③SiO2＋2C
Si＋2CO↑（ ）
④SiO2＋3C
SiC＋2CO↑（ ）
⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（ ）
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B．氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E．未参加氧化还原反应
6．下列关于碳和硅的氧化物说法正确的是________。
①碳和硅的氧化物都是酸性氧化物 ②二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成 ③二氧化硅不与水及任何酸反应 ④CO2、CH4等气体都是温室气体 ⑤CO常作还原剂，PbO2常作氧化剂 ⑥碳在高温下与SiO2反应，作还原剂，但碳的非金属性比硅强
考点三 硅酸及硅酸盐
1．硅酸
硅酸____溶于水，其酸性比碳酸____，硅酸________（填“能”或“不能”）使紫色石蕊试液变红色。
（1）硅酸不稳定，受热易分解：
_________________________________________________。
（2）硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为______________________。
（3）硅酸在水中易聚合形成胶体。
硅胶吸附水分能力强，常用作__________。
2．硅酸盐
（1）概念：
____________________________________________________________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____________，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成___________________________。
（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。
②它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为
与盐酸反应：
_______________________________________________________________。
与CO2水溶液反应：
__________________________________________________________。
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。
常见硅酸盐材料
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
（2）新型无机非金属材料，如____________、__________、__________、________等。
7．据搜狐网站报道：
国家质检总局称，在我国销售的德国NUK牌婴儿爽身粉含有一级致癌物“滑石粉”。
已知滑石粉的化学式为Mg3（Si4O10）（OH）2，色白、滑爽、柔软、耐火。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．滑石粉属于无机硅酸盐类物质
B．滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2O
C．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性
D．滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应
8．能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（ ）
A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水直接反应生成硅酸
B．在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
C．SiO2的熔点比CO2的高
D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶
9．
（1）想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出1个与它们同类的物质__________。
A．光导纤维B．有机陶瓷
C．人造纤维D．砖瓦
（2）下列物质中，属于新型无机非金属材料的是________。
A．钢化玻璃B．碳化硼陶瓷
C．光导纤维D．硼酸盐玻璃
（3）人造骨是一种新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构，这是利用了这类材料的________特性，人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨髓的牢固结合。
人造骨植入人体内需要吸收人体中________形成新骨。
A．Ca2＋B．Cl－C．Na＋D．PO
`
CO2与强碱溶液反应产物的判断
方法
【例1】 在100mL1mol·L－1NaOH溶液中缓缓通入CO2气体。
（1）请写出通入CO2气体的过程中发生反应的离子方程式。
（2）讨论随CO2通入量的多少，反应产物的不同及量的多少。
方法小结 数轴法突破有关CO2与碱反应的计算
CO2通入NaOH、Ca（OH）2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。
以CO2与NaOH溶液反应为例：
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2＋NaOH===NaHCO3
当n（OH－）∶n（CO2）的值不同时产物如下：
【例2】 标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c（CO
）与c（HCO
）的比值为（不考虑CO
、HCO
的水解）（ ）
A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3
【例3】 向含有0.2molNaOH和0.1molBa（OH）2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96L（0℃，1.01×105Pa）时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是（气体的溶解和离子的水解忽略不计）（ ）
碳族元素综合推断题的解题方法
【例4】 已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示的转化，反应中部分生成物已略去。
其中，A、G为同一主族元素的单质，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种形成酸雨的大气污染物。
请填空：
（1）H的名称是__________。
（2）E的两种用途是__________、__________。
（3）反应③的化学方程式是___________________________________________________。
（4）反应④的离子方程式是___________________________________________________。
建立模型 解答无机推断题的思维模型
【例5】 如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。
请回答下列问题：
（1）B的化学式是 ，目前B已被用作 的主要原料。
（2）B和a溶液反应的离子方程式是____________________________________________。
（3）A和a溶液反应的离子方程式是____________________________________________。
（4）C和过量的盐酸反应的离子方程式是________________________________________。
工业制取高纯硅
高纯硅在科技进步、信息革命、新能源研究等方面起到了至关重要的作用。
在各类考试中，有关高纯硅的制取问题，一直是命题的热点。
【例6】 硅单质及其化合物应用范围很广。
请回答下列问题：
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。
三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式________________________________。
②整个制备过程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，写出配平的化学反应方程式____________________________________________；
H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_______________________________。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是________（填字母）。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
（3）硅酸钠水溶液俗称水玻璃。
取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。
写出实验现象并给予解释。
【例7】 单质硅是信息产业中重要的基础材料。
通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度为450～500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。
以下是实验室制备四氯化硅的装置图：
相关信息如下：
①四氯化硅遇水极易水解
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物
③有关物质的物理常数见下表：
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
－
315
－
熔点/℃
－70.0
－107.2
－
－
－
升华温度/℃
－
－
180
300
162
请回答下列问题：
（1）装置A中g管的作用是___________________________________________________；
装置C中的试剂是________。
（2）甲方案：
f接装置Ⅰ；乙方案：
f接装置Ⅱ。
但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。
方案
优点
缺点
甲
乙
（3）在上述
（2）的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表达：
_________________。
（4）SiCl4与H2反应的化学方程式为___________________________________________。
高考题组一 有关碳、硅及其化合物所参与的
离子反应
1．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）醋酸钠溶液中通入足量CO2：
2CH3COO－＋CO2＋H2O===2CH3COOH＋CO
（ ）
（2010·海南，10C）
（2）向NaAlO2溶液中通入过量CO2：
2AlO
＋CO2＋3H2O===2Al（OH）3↓＋CO
（ ）
（2011·江苏，6D）
（3）Si和烧碱溶液反应，改变反应物用量，都可用同一离子方程式表示（ ）
（2007·重庆理综，8③）
（4）将足量CO2通入含K＋、SiO
、Cl－、NO
溶液中，离子将不能大量共存（ ）
（2011·大纲全国卷，11A）
（5）H＋、I－、NO
、SiO
不能大量共存（ ）
（2011·广东理综，8A）
高考题组二 碳及其化合物
2．（2011·上海，2）从光合作用的反应原理6CO2＋6H2O
C6H12O6＋6O2可知碳是农作物生长的必需元素之一。
关于用二氧化碳生产肥料的评价正确的是（ ）
A．缓解地球温室效应，抑制农作物营养平衡
B．加剧地球温室效应，促进农作物营养平衡
C．缓解地球温室效应，促进农作物营养平衡
D．加剧地球温室效应，抑制农作物营养平衡
3．（2009·台湾，59）近年来，大气中CO2的浓度上升已成为全球性的问题，因而兴起节能减碳运动，国内的环保团体也宣导中秋节不烤肉。
假期超市卖的烤肉用木炭，其含碳量为90%，则一包10公斤的木炭完全燃烧后，会产生几公斤的CO2（ ）
A．44 B．33 C．22 D．11 E．5.5
高考题组三 碳族元素
4．（2009·海南，7）用足量的CO还原13.7g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0g，则此铅氧化物的化学式是（ ）
A．PbOB．Pb2O3
C．Pb3O4D．PbO2
5．（2008·全国理综Ⅱ，8）对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是（ ）
A．SiO2和CO2中，Si和O，C和O之间都是共价键
B．C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8
C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应
D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2
高考题组四 硅、硅的化合物及无机非金属
材料
6．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应（ ）
（2010·山东理综，13A）
（2）A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料（ ）
B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂（ ）
（2010·江苏，4A、B）
（3）可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品（ ）
（2010·天津理综，2B）
（4）二氧化硅的分子式是SiO2（ ）
（2010·上海，2B）
7．（2011·山东理综，10）某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素（ ）
A．在自然界中只以化合态的形式存在
B．单质常用作半导体材料和光导纤维
C．最高价氧化物不与酸反应
D．气态氢化物比甲烷稳定
8．（2009·广东理基，22）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①②B．②③C．①④D．③④
9．（2009·重庆理综，6）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
10.（2009·四川理综，6）开发新材料是现代科技发展的方向之一。
下列有关材料的说法正确的是（ ）
A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料
C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D．单晶硅常用于制造光导纤维
11．（2011·上海综合，五，46－47）碳纳米管是近年来发展迅速的一种具有特殊结构及优异性能的纳米材料。
它是由碳原子形成的无缝、中空管体材料，主要由五边形、六边形的碳环组成，相当于石墨结构卷曲而成，结构如下。
46．写出一种与碳纳米管互为同素异形体的物质名称________________________________。
47．碳纳米管有许多独特的性质，如高机械强度和弹性，多孔结构能吸附气体分子。
因此碳纳米管可用作（ ）
①防弹衣材料 ②防火材料 ③储氢材料 ④绝缘材料
A．①②B．③④C．①③D．②④
课时规范训练
教材习题回扣
1．（必修1P81－4）赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的。
这种物质是（ ）
A．盐酸B．氢氟酸
C．烧碱D．纯碱
2．（必修1P81－5改编）坩埚是实验室用于灼烧或熔融固体物质的常用仪器，材质种类很多，实验时应根据物质的性质加以选择。
熔融烧碱时，应选用下列哪种材质的坩埚（ ）
A．玻璃坩埚B．石英坩埚
C．陶瓷坩埚D．铁坩埚
3．（必修1P81－10改编）下列关于碳、硅的叙述正确的是（ ）
A．碳、硅都是ⅣA元素，它们在自然界中都以化合态形式存在
B．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似
C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐
D．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料
4．（必修1P81－9改编）从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：
粗硅的制取：
＋
＋2CO↑
由粗硅制纯硅（常用方法）：
Si（粗）＋2Cl2
SiCl4
SiCl4＋2H2
Si（纯）＋4HCl
根据以上反应，回答下列问题：
（1）在制取粗硅的反应中，焦炭的作用是________（填“氧化剂”、“还原剂”或“既不是氧化剂也不是还原剂”）。
（2）在由粗硅制纯硅的反应中，①氯气（
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