第27讲 硅 无机非金属材料 2024高考化学一轮复习高频考点精讲（新教材新高考） 课件

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碳族元素　硅和二氧化硅
1.碳族元素概述(1)碳、硅、锗、锡、铅均属于第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。
Na2SiO3＋H2O
Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
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
一、硅和二氧化硅的性质
晶体硅的结构与金刚石类似，它是灰黑色、有金属光泽的非金属固体，故A正确；硅常温下能和HF溶液、氢氧化钠溶液反应，故C错误；在加热时，硅能与氧气或氯气反应生成二氧化硅或四氯化硅，故D正确。
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＋H2O②SiO2＋2C Si＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3C 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
通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4价和＋2价，硅和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断正确。
(1)硅的主要化学性质：
a.与非金属反应：Si＋2Cl2
SiCl4 Si＋2F2===SiF4。
b.与氢氟酸的反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。c. 与NaOH 反应：Si ＋2NaOH ＋H2O===Na2SiO3 ＋ 2H2↑(H2O 是氧化剂)。(2)SiO2 是酸性氧化物，但不与水反应，不能用SiO2 与水反应制备H2SiO3。
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：
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
A项，反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，反应①中生成的H2在反应②中循环利用，正确；B项，反应①与反应②的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D项，SiO2不与HCl反应，不能通过上述途径制硅，正确。
4.晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCl SiHCl3＋H2；②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃下反应制得纯硅。回答相关问题：(1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5 ℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的方法为______。
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：
①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是______________________________。②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是____________。
1.常见硅酸盐材料比较
(1)硅酸盐氧化物形式的改写
氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属
形式 氧化物→二氧化硅→水，氧化物之间以“·”隔开
配置原则：各元素原子总个数比值符合原
来的组成，若出现分数时应化为整数
(2)硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、
耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
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。
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：
一、传统无机非金属材料
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
A项，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，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中硅元素的化合价也是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，反应器中发生的反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，此反应没有元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，错误。
2.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)。
2Al＋2NaOH＋2H2O
===2NaAlO2＋3H2↑
(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
(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)。
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。
二、新型无机非金属材料
3.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
石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有的羟基和羧基为亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。
4.氮化硅可用作高温结构陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：______________________________。(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是______(填序号)。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。
(3)在反应⑤中，3 ml Si(NH2)4在高温下加热可得1 ml 氮化硅粉末和8 ml A气体，则氮化硅的化学式为_______。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：____________________________________。
结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
其他常考非金属及其化合物综合题专练
一、有关过氧化氢的结构与性质
1.H2O2是重要的化学试剂，在实验室和实际生产中应用广泛。(1)写出H2O2的结构式：________________，H2O2在MnO2催化下分解的化学方程式：________________________。
(2)H2O2有一定的还原性，能使酸性KMnO4溶液褪色。①写出反应的离子方程式： ____________________________________________。②实验室常用酸性KMnO4标准液测定溶液中H2O2的浓度，酸性KMnO4溶液应盛放在______(填“酸式”或“碱式”)滴定管中，判断到达滴定终点的现象是________________________________________________________________。
滴入最后半滴酸性KMnO4标准液后，溶液变浅紫色，且30 s 内不褪色
(3)①我们知道，稀硫酸不与铜反应，但在稀硫酸中加入H2O2后，则可使铜顺利溶解，写出该反应的离子方程式： _______________________________。②在“海带提碘”的实验中，利用酸性H2O2得到碘单质的离子方程式是_______________________________。③利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如图：
H2O2＋Cu＋2H＋===Cu2＋＋2H2O
2I－＋2H＋===2H2O＋I2
已知：硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为 ，写出此反应的离子方程式：____________________________________。④你认为H2O2被称为绿色氧化剂的主要原因是_______________________________。
还原产物为水，对环境无污染
(4)H2O2是一种二元弱酸，写出其第一步电离的方程式： ______________________，它与过量的Ba(OH)2反应的化学方程式为______________________________。
H2O2＋Ba(OH)2===BaO2＋2H2O
二、有关硒和碲及其化合物信息题
2.为防止废弃的硒单质(Se)造成环境污染，通常用浓硫酸将其转化成二氧化硒(SeO2)，再用KI溶液处理后回收Se。发生的反应为①Se＋2H2SO4(浓)===2SO2↑＋SeO2＋2H2O；②SeO2＋4KI＋4HNO3===4KNO3＋Se＋2I2＋2H2O，下列说法错误的是A.①中SO2是还原产物，SeO2是氧化产物B.②中KI是还原剂，SeO2是氧化剂C.每生成0.4 ml I2共转移1.2 ml电子D.氧化性由强到弱的顺序是H2SO4(浓)>SeO2>HNO3
反应②中，生成2 ml碘单质，转移4 ml电子，则每生成0.4 ml I2共转移0.8 ml电子，故C错误；在同一反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，反应①中氧化性：H2SO4(浓)>SeO2，反应②中硝酸既不是氧化剂也不是还原剂，说明氧化性：SeO2>HNO3，故D正确。
3.硒(Se)、碲(Te)为第ⅥA族元素，是当今高新技术新材料的主要成分之一，电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Te、Ag2Se和少量金属单质及其他化合物，工业上从其中回收碲、硒的一种工艺流程如下：
已知：Ⅰ.Se 单质难溶于水。TeO2微溶于水，易溶于较浓的强酸和强碱；
Ⅲ.25 ℃时，亚碲酸(H2TeO3)的Ka1＝1×10－3，Ka2＝2×10－8。
(1)Se的氢化物的电子式是___________。0.1 ml·L－1 H2TeO3的电离度(当弱电解质在溶液里达到电离平衡时，溶液中已经电离的电解质分子数占原来总分子数的百分数叫做电离度) 约为_______。
(2)加入浓硫酸焙烧前常将阳极泥中大块颗粒先粉碎，其目的是________________________________。(3)SeO2与SO2在冷却后通入水中发生反应的化学方程式： _______________________________________。反应后分离出Se单质的操作①为_________(填操作名称)。
SeO2＋2SO2＋2H2O
===2H2SO4＋Se↓
根据流程图，SeO2与SO2在冷却后通入水中发生反应生成Se，反应的化学方程式为SeO2＋2SO2＋2H2O===2H2SO4＋Se↓，Se单质难溶于水，反应后可以通过过滤操作分离Se单质。
(4)焙砂中碲以TeO2形式存在，与足量NaOH溶液反应后得到的溶液①，其溶质的主要成分为_________(填化学式，过量的NaOH除外)。工业上也可以通过电解溶液①得到单质碲。已知电解时的电极均为石墨，则阴极的电极反应式为_______________________________。
(5)向溶液①中加入硫酸时控制溶液的pH为4.5～5.0，生成TeO2沉淀，如果H2SO4过量，将导致碲的回收率________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
TeO2易溶于较浓的强酸和强碱，向溶液①中加入硫酸时控制溶液的pH为4.5～5.0，生成TeO2沉淀，如果H2SO4过量，将导致生成的TeO2沉淀偏少，碲的回收率偏低。
(6)将纯净的TeO2先溶于盐酸得到四氯化碲，再将SO2通入溶液中得到Te单质，请写出由四氯化碲得到Te单质的离子方程式： ______________________________________。
(7)上述流程中可循环利用的物质是______________(填化学式)。
三、有关磷、砷及其化合物信息题
4.已知：次磷酸(H3PO2)的电离常数Ka(H3PO2)＝5.9×10－2。碱性条件下，次磷酸盐可与硝酸银溶液反应进行化学镀银。下列说法不正确的是A.次磷酸具有强还原性B.次磷酸溶液中通入足量氯气，pH增大C.次磷酸钠溶液滴入酚酞变红色
H3PO2中P显＋1价，具有还原性，A项正确；H3PO2具有还原性，通入足量氯气发生反应：H3PO2＋2Cl2＋2H2O===H3PO4＋4HCl，故溶液pH减小，B项错误；
5.磷化铝(AlP，熔点：2 000 ℃)通常是作为一种广谱性熏蒸杀虫剂，主要用于熏杀粮食中的储粮害虫等，下列有关说法正确的是A.AlP属于分子晶体B.起熏杀作用的物质通常是Al(OH)3C.AlP能水解或与稀硫酸作用，且均产生一种无毒气体D.常用铝与红磷在一定条件下化合制备AlP
AlP的熔点为2 000 ℃，比较高，属于共价晶体，A项错误；AlP可发生水解：AlP＋3H2O===Al(OH)3↓＋PH3↑，Al(OH)3没有氧化性，不能熏杀害虫，PH3有剧毒，可熏杀害虫，B项错误；AlP与稀硫酸发生反应：2AlP＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋2PH3↑，AlP水解或与稀硫酸作用均可产生有毒气体PH3，C项错误；红磷和铝粉烧制可得磷化铝，该反应为化合反应，D项正确。
6.砷(As)及其化合物与生产、生活密切相关，广泛应用在杀虫剂以及药物中。回答下列问题：(1)砷是第四周期第ⅤA族元素。下列关于第ⅤA族元素及其化合物的说法不正确的是______(填字母)。a.沸点：PH3＜NH3b.酸性：HNO3＞H3AsO4c.As的氧化物的水化物是强碱d.形成的简单离子半径随着原子序数递增而增大
(2)工业生产中常用“古氏试砷法”检验微量砷，其反应原理如下：①将含砷化合物转化为具有极强还原性的AsH3。②AsH3与AgNO3溶液反应产生As2O3与另一种固体，该反应的离子方程式：______________________________________________。
2AsH3＋12Ag＋＋3H2O===As2O3＋12H＋＋12Ag↓
(3)砷及其化合物几乎都有毒，通常＋3价砷化合物的毒性强于＋5价砷化合物。海产品中含有微量＋5价砷化合物，食用海鲜后不能马上进食水果的原因是____________________________________________________________________________________。(4)砷酸(H3AsO4)可用于制造杀虫剂、药物。As2O3溶于稀硝酸中可得砷酸，此反应的化学方程式：________________________________________。
水果中富含还原性物质(如维生素C等)，能把＋5价砷化合物还原为毒性更大的＋3价砷化合物
3As2O3＋4HNO3＋7H2O===6H3AsO4＋4NO↑