2019届一轮复习鲁科版4-1硅无机非金属材料教案

2019届一轮复习鲁科版4-1硅无机非金属材料教案

第章　材料家族中的元素 第1节　硅　无机非金属材料 考纲定位 全国卷5年考情 ‎1.掌握硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。‎ ‎2.了解硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。‎ ‎3.了解常见的无机非金属材料。‎ ‎4.了解硅及其重要化合物的制备方法。‎ ‎2017年：Ⅱ卷T26(2)；Ⅲ卷T27(2)‎ ‎2016年：Ⅲ卷T7(D)‎ ‎2015年：Ⅱ卷T7(A)‎ ‎2014年：Ⅰ卷T8(A、C)、T13(D)；Ⅱ卷 T7(D)、T10(C)‎ ‎2013年：Ⅰ卷T7(D)；Ⅱ卷T9(B)、T10(C)‎ 考点1| Si、SiO2的性质及应用 ‎(对应学生用书第76页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ ‎1．硅元素的原子结构与存在 硅元素在地壳中含量为第二位，在周期表中位置为第3周期ⅣA族，原子结构示意图为，在自然界中只以化合态形式存在，主要存在形式为SiO2和硅酸盐。‎ ‎2．单质硅与半导体材料 ‎(1)Si的物理性质 单质硅有晶体硅和无定形硅两大类，晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽，熔点高、硬度大，有脆性。‎ ‎(2)硅的化学性质 ‎①与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。‎ ‎②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。‎ ‎③与O2反应：Si＋O2SiO2。‎ ‎(3)工业制备纯硅(写出有关化学方程式)‎ 提醒：(1)自然界中没有游离态硅，工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅。　(2)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＋SiO2Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。‎ ‎3．二氧化硅与光导纤维 ‎(1)二氧化硅 ‎①存在 在自然界中主要存在：沙子、石英、水晶。‎ ‎②物理性质：熔点高，硬度大。‎ ‎③化学性质 ‎④用途 制造电子部件、光学仪器、光导纤维，生产水泥、玻璃等硅酸盐产品，水晶可制作饰品。‎ ‎(2)光导纤维 光导纤维是高性能的现代通讯材料，又可用于能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械制造等方面。‎ 提醒：SiO2既能与HF反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物。‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1　硅及其氧化物的主要性质及应用 ‎1．下列说法正确的是________(填序号)。‎ ‎(1)(2016·全国Ⅲ卷)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 ‎(2)(2016·江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4Si ‎(3)Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化 ‎(4)(2016·上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅 ‎(5)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O体现了SiO2为酸性氧化物的性质 ‎(6)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维，光导纤维能导电 ‎(7)(2015·安徽高考)SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 ‎(8)(2014·海南高考)Si和SiO2都用于制造光导纤维 ‎(9)(2013·广东高考)SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中 ‎(10)存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞，不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3‎ ‎【答案】　(1)(5)(9)(10)‎ ‎2．(2018·临沂模拟)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　)‎ A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物 B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸 C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强 D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐 B　[A项，SiO2与H2O不反应；C项，H2SiO3酸性比H2CO3弱；D项，沙子的主要成分为SiO2。]‎ ‎[易错防范]　SiO2的特性认识误区 (1)一般情况下，碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。,(2)一般情况下，酸性氧化物与水反应能生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。,(3)一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑(原理是：难挥发性物质制备易挥发性物质)。‎ 命题点2　硅的实验室制备探究 ‎3．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：‎ Ⅰ.高温下用焦炭还原二氧化硅制得粗硅；‎ Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；‎ Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000～1 ‎100 ℃‎时反应制得纯硅。‎ 已知：SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃。‎ 请回答下列问题： 【导学号：95160073】‎ ‎(1)第Ⅰ步制备粗硅的化学方程式为______________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置略去)：‎ ‎①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_________________________________。‎ ‎②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 装置D中发生反应的化学方程式为______________________________。‎ ‎③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及___________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎④SiHCl3的电子式为________，SiHCl3与H2O反应的化学方程式为____________________________。‎ ‎【解析】　(1)常用C和SiO2反应制备粗硅，反应的化学方程式为SiO2＋‎2C,Si＋2CO↑。‎ ‎(2)①SiHCl3与水发生剧烈反应，因此要避免水进入装置，因此装置B中盛放浓硫酸，吸收H2中混有的水蒸气；装置C中的烧瓶需要加热是为了使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化进入石英管反应。②装置D中发生反应：SiHCl3＋H2,Si＋3HCl，有灰黑色固体物质生成。③氢气是可燃性气体，与氧气混合容易发生爆炸，因此要排尽装置中的空气。④参考SiCl4的结构，SiHCl3的电子式为；已知SiHCl3与水剧烈反应，在空气中易自燃，说明反应产生可燃性气体：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑。‎ ‎【答案】　(1)SiO2＋‎2C,Si＋2CO↑‎ ‎(2)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化进入石英管反应 ‎②有灰黑色固体物质生成　SiHCl3＋H2,Si＋3HCl ‎③排尽装置中的空气 ‎④　SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑(或SiHCl3＋4H2O===H4SiO4↓＋3HCl＋H2↑)‎ ‎[思维建模]　工业制硅的一般流程 考点2| 硅酸及其盐和无机非金属材料 ‎(对应学生用书第78页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ ‎1．硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)‎ 提醒：硅胶制备 硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。‎ ‎2．硅酸盐 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。‎ ‎(1)硅酸钠 ‎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与酸性较硅酸强的酸反应 a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。‎ b．与SO2的水溶液反应的离子方程式：‎ SiO＋SO2(少量)＋H2O===H2SiO3↓＋SO。‎ ‎③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。‎ ‎(2)硅酸盐的组成 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(K2Al2Si6O16)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。‎ 提醒：‎ ‎(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)硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸钠，其水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。硅胶(mSiO2·nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。‎ ‎3．无机非金属材料 ‎(1)传统无机非金属材料 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 黏土、石灰石 纯碱、石灰石、石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 生产条件 高温 ‎(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。‎ ‎(3)特殊功能的含硅物质 ‎①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。‎ ‎②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。‎ ‎③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。‎ 提醒：玻璃生产中的两个重要反应：‎ Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；‎ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1　硅酸及其盐和无机非金属材料 ‎1．下列说法正确的是________(填序号)。‎ ‎(1)(2015·全国Ⅱ卷)硅胶可用作食品干燥剂 ‎(2)(2014·全国Ⅰ卷)如图：①中为浓硝酸，②中为Na2CO3，③中为Na2SiO3溶液，可证明酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸 ‎(3)(2012·全国卷)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 ‎(4)陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐 ‎(5)(2016·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化 ‎(6)(2016·四川高考)pH＝2的溶液中可能大量存在Na＋、NH、SiO ‎(7)(2016·江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋‎ ‎(8)(2015·山东高考)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiO＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SO ‎(9)(2015·重庆高考)烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应 ‎【答案】　(1)(5)‎ ‎2．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HNO3溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：95160074】‎ 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·H2O D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原 B　[青石棉是一种硅酸盐，硅元素以盐的形式存在，不含有SiO2晶体。]‎ ‎[方法技巧]　硅酸盐氧化物形式的表示方法)‎ (1)氧化物的一般书写顺序：活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。(2)氧化物前系数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数，且不同氧化物间以“·”隔开。(3)当系数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi3O8将K2O·Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子个数比不变。‎ 命题点2　硅及其化合物的转化关系及应用 ‎3．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，常用于制造光导纤维 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、石灰石和石英制成的，其熔点很高 C　[图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3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。]‎ ‎4．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的离子方程式：_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)(2017·全国Ⅱ卷)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　由题意知：A为Si，B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。‎ ‎【答案】　(1)硅酸钠　硅酸　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(3)SiO＋H2O＋CO2===CO＋H2SiO3↓‎ ‎(4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O ‎[题后归纳]　硅及其化合物之间的常见转化关系)‎