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2022河北新高考化学(苏教版) 一轮复习 优化设计 专题四非金属及其化合物 第1讲硅矿物 信息材料学案
展开专题四 非金属及其化合物
第1讲 含硅矿物与信息材料
备考要点 | 素养要求 |
1.了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。 2.了解碳、硅及其化合物的主要性质及其应用。 | 1.宏观辨识与微观探析:能从不同层次认识碳、硅单质及其化合物的性质。 2.科学态度与社会责任:了解硫、氮元素的化合物对环境的影响,根据所学化学知识提出解决方案进行环境保护,培养可持续发展意识,赞赏碳、硅及其化合物对社会发展的重大贡献。 |
考点一 碳、硅及其氧化物
必备知识自主预诊
知识梳理
1.碳、硅的存在形态、物理性质和用途
元素 | 碳 | 硅 |
存在形态 |
|
|
单质结构 | 金刚石:正四面体空间网状结构 石墨:层状结构 C60:足球形分子 | 晶体硅:正四面体空间网状结构 |
单质 物理性质 | 金刚石:熔点高、硬度大 石墨:硬度小、电的良导体 | 灰黑色固体,有金属光泽、熔点高、硬度大 |
单质用途 | 金刚石用于制造切割刀具;石墨用于制造电极、铅笔芯 | 半导体材料和合金材料 |
2.碳、硅单质的化学性质
(1)碳单质的化学性质——还原性。
①与O2的反应(用化学方程式表示):
O2不足: ;
O2充足: 。
②与其他物质的反应(用化学方程式表示):
a.与CuO反应: (可用于金属的冶炼);
b.与CO2反应: ;
c.与水蒸气反应: (制水煤气);
d.与浓硫酸反应: 。
(2)硅单质的化学性质——还原性:
①与O2反应(用化学方程式表示,下同): ;
②与氢氟酸反应: ;
③与NaOH溶液反应: 。
3.硅的制备
(1)原料:二氧化硅、焦炭。
(2)原理: 。
(3)提纯: , 。
4.碳和硅的氧化物
(1)一氧化碳:无色无味的有毒气体,不溶于水,可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。
(2)二氧化碳和二氧化硅:
物质 | 二氧化硅 | 二氧化碳 | |
所属类别 | 均为酸性氧化物 | ||
结构 | 由氧、硅原子构成空间网状结构 | 由CO2分子构成 | |
物理性质 | 硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水 | 熔、沸点低,常温下为气体,能溶于水 | |
化 学 性 质 | 与水反应 | 不反应 | CO2+H2OH2CO3 |
与酸反应 | 只与氢氟酸反应: | 不反应 | |
与碱 (NaOH) 反应 | (盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) | CO2少量: ; CO2过量: | |
与盐反应 | 如与Na2CO3反应: | 如与Na2SiO3反应: | |
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、电子部件等 | 制饮料、制碳酸盐等 |
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)碳、硅在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态。 ( )
(2)晶体硅熔点高、硬度大,故可用于制作半导体材料。 ( )
(3)硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应。 ( )
(4)SiO2具有导电性,故可用于制备光导纤维。 ( )
(5)Na2CO3溶液贮存在带有玻璃塞的玻璃试剂瓶中。 ( )
2.下列叙述正确的是( )
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以两者物理性质相似
B.因为CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸强
C.CO2和SiO2都能与碳反应,且都是氧化剂
D.SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以SiO2属于两性氧化物
关键能力考向突破
考向 碳、硅及其化合物的性质和应用
【典例】 (2020重庆一中月考)下列说法中不正确的是 ( )
A.石墨可导电,在一定条件下可与SiO2反应
B.二氧化硅是硅酸的酸酐,但不能用二氧化硅和水直接反应来制取硅酸
C.硅的化学性质不活泼,但在常温下也可和某些物质反应
D.碳、硅的氧化物均能与NaOH溶液反应
归纳总结碳酸虽然是一种弱酸,但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强,将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中,均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐,这是“强酸制弱酸”原理的应用。如
CO2(少量)+Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2SiO3↓;
CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO;
CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O2Al(OH)3↓+Na2CO3;
CO2(过量)+NaAlO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3;
CO2++H2ONaHCO3+
对点演练1(2021年1月福建省适应性测试)福建省三钢集团近年来大气污染治理成效显著,厂区“绿”意盎然。治理后,钢铁厂排放的尾气中,下列物质含量最大的是 ( )
A.CO2 B.NO2
C.SO2 D.PM10
对点演练2下列说法正确的是( )
A.常温下,单质硅的性质稳定,与强酸、强碱都很难发生反应
B.高纯硅可用于制造太阳能电池,高纯二氧化硅可用于制造光导纤维
C.SiC和C60两种化合物均属于新型无机非金属材料
D.工业上用二氧化硅在高温下与焦炭反应制得高纯硅
深度指津硅及其氧化物的特性
物质 | 一般规律 | 特性 |
Si | 硅的还原性比碳强 | SiO2+2CSi+2CO↑ |
非金属单质与强碱反应一般不生成氢气 | Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑ | |
非金属单质一般不与非氧化性酸反应 | Si+4HFSiF4↑+2H2↑ | |
一般非金属单质为绝缘体 | 硅为半导体 | |
SiO2 | 酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸 | SiO2不溶于水,不与水反应 |
酸性氧化物一般不与酸发生反应 | SiO2+4HFSiF4↑+2H2O | |
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,碳酸酸性强于硅酸,如Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3 | Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ |
考点二 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
必备知识自主预诊
知识梳理
1.硅酸
(1)弱酸性:H2SiO3难溶于水,其酸性比碳酸弱,不能使指示剂变色,能与强碱(如NaOH)反应,化学方程式为 。
(2)不稳定性:H2SiO3不稳定,受热易分解,化学方程式为 。
(3)硅酸的制备。
可利用可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与强酸(如盐酸)反应制备硅酸,化学方程式为 。
2.硅酸盐
(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的重要成分。
(2)硅酸盐组成的表示方法
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,如红柱石表示为Al2O3·SiO2,锆石表示为ZrO2·SiO2。
微点拨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。将硅酸盐写成氧化物时氧化物的书写顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
(3)硅酸钠。
①硅酸钠可溶于水,其水溶液俗称水玻璃,有黏性。
②化学性质:
a.Na2SiO3溶液与盐酸反应的化学方程式: 。
b.Na2SiO3溶液与少量CO2反应的化学方程式: 。
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)。
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、石英砂 | 黏土 |
主要设备 | 水泥回转窑 | 玻璃窑 | 陶瓷窑 |
生产玻璃中的两个重要反应:
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
(2)新型无机非金属材料:硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等。
微点拨①玻璃中含有二氧化硅,因此氢氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。②NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用玻璃塞而应使用橡胶塞。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在。 ( )
(2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。 ( )
(3)非金属性:C>Si,则热稳定性:CH4>SiH4。 ( )
(4)SiO2是酸性氧化物,可溶于强碱(如NaOH)溶液,不溶于任何酸。 ( )
(5)玻璃是一种晶体,有较高的熔点。 ( )
(6)水玻璃是一种特殊的玻璃,泡花碱属于碱。 ( )
2.硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是 。
A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为 ,工艺师常用 (填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作 。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是 。
A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚
(4)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO↑制备粗硅,该反应中所含元素化合价升高的物质是 (填化学式,下同),氧化剂是 。
关键能力考向突破
考向1 硅酸、硅酸盐的组成和性质
【典例1】 (2019全国1,7)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
对点演练1(2020河北正定月考)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”,下列说法正确的是( )
A.晶体硅具有半导体性质,可用于生产光导纤维
B.玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应,故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰
C.陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料
D.硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2
考向2 常见无机非金属材料及其主要用途
【典例2】 (2019北京理综,6)下列我国科研成果所涉及材料中,主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是 ( )
A.4.03米大口径碳化硅反射镜 B.2022年冬奥会聚氨酯速滑服
C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线 D.“玉兔二号”钛合金筛选网轮
对点演练2(2020山东宁津一中模拟)2018年是“2025中国制造”启动年,而化学与生活、生产、社会可持续发展密切相关。下列有关化学知识的说法错误的是 ( )
A.高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”
B.我国发射“嫦娥三号”卫星所使用的碳纤维是一种非金属材料
C.用聚氯乙烯代替木材,生产快餐盒,以减少木材的使用
D.碳纳米管表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能
网络构建 | 核心速记 |
1.牢记几种物质的重要用途: Si——半导体材料、太阳能电池板。 SiO2——光导纤维。 H2SiO3——硅胶可用作干燥剂。 Na2SiO3(水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料。 2.熟记7个主要反应: ①Si+2OH-+H2OSi+2H2↑; ②SiO2+2OH-Si+H2O; ③SiO2+2CSi+2CO↑; ④SiO2+4HFSiF4↑+2H2O; ⑤Si+2CO2(足量)+2H2OH2SiO3↓+2HC; ⑥Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑; ⑦CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。 |
第1讲 含硅矿物与信息材料
考点一 碳、硅及其氧化物
必备知识·自主预诊
1.游离态和化合态 化合态
2.(1)①2C+O22CO
C+O2CO2
②C+2CuO2Cu+CO2↑
C+CO22CO
C+H2O(g)CO+H2
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(2)①Si+O2SiO2
②Si+4HFSiF4↑+2H2↑
③Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
3.(2)SiO2+2CSi(粗)+2CO↑
(3)Si(粗)+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
4.(2)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O CO2+2NaOHNa2CO3+H2O CO2+NaOHNaHCO3 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ Na2SiO3+H2O+CO2(不足)H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量)H2SiO3↓+2NaHCO3 SiO2+CaOCaSiO3 Na2O+CO2Na2CO3
自我诊断1.答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.C CO2的熔、沸点低,可溶于水,SiO2的熔、沸点高,硬度大,不溶于水,两者都是酸性氧化物,但和物理性质没有因果关系,A错误;CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体,易脱离反应体系,不能说明硅酸的酸性比碳酸强,B错误;SiO2和氢氟酸反应是SiO2的特殊性质,不能说明SiO2是两性氧化物,D错误。
关键能力·考向突破
典例 D A、B项正确;硅常温下能与氢氟酸反应,C项正确;CO不溶于水,不能和H2O反应生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应,D项错误。
对点演练1 A
对点演练2 B 常温下,单质硅能与NaOH溶液发生反应,A项错误,B项正确;C60是碳元素形成的一种单质,不是化合物,C项错误;二氧化硅和焦炭在高温下反应制得的硅中会含有少量C、SiC等杂质,应为粗硅,D项错误。
考点二 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
必备知识·自主预诊
1.(1)H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
(2)H2SiO3SiO2+H2O
(3)Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl
2.(3)②Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3↓
自我诊断1.答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×
2.答案 (1)D (2)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O 氢氟酸
(3)防火剂 D (4)C SiO2
关键能力·考向突破
典例1 A 氧化铁为红棕色,因此瓷器的青色不是来自氧化铁,A项错误;陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结而成的,其化学性质稳定,不与酸、碱和氧气等反应,B、C、D三项正确。
对点演练1 D 晶体硅具有半导体性质,可用于生产电脑芯片,二氧化硅可用于制造光导纤维,A不正确;玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应,但不能用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰,B不正确;陶瓷、水泥属于硅酸盐材料,石英玻璃的主要成分是二氧化硅,C不正确;硅酸盐Na2Fe2Si3O9可用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2,D正确。
典例2 A 碳和硅同为第ⅣA族非金属元素,A正确;聚氨酯含有的C、H、O、N不属于同主族元素,B错误;碳包覆银纳米线含有Ag、C,Ag、C不属于同主族元素,C错误;钛合金筛选网轮由钛合金制成,钛不属于主族元素,D错误。
对点演练2 C 高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,二氧化硅能够被强碱腐蚀而造成断路,A正确;碳纤维是碳的一种单质,属于非金属材料,B正确;聚氯乙烯难降解,大量使用能够引起白色污染,且聚氯乙烯塑料有毒不能用于食品包装以及生产快餐盒等,C错误;碳纳米管表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能,D正确。
苏教版高考化学一轮复习专题4非金属及其化合物第12讲含硅矿物与信息材料学案: 这是一份苏教版高考化学一轮复习专题4非金属及其化合物第12讲含硅矿物与信息材料学案,共21页。学案主要包含了课标要求等内容,欢迎下载使用。
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: 这是一份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,共8页。
2022高考化学专题复习 专题四 非金属及其化合物 第1讲 碳、硅及其化合物学案: 这是一份2022高考化学专题复习 专题四 非金属及其化合物 第1讲 碳、硅及其化合物学案,共22页。学案主要包含了硅酸等内容,欢迎下载使用。