浙江專用高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專題非金屬及其化合物第二單元含硅礦物與信息材料學(xué)案

PAGEPAGE8第二單元含硅礦物與信息材料[考點(diǎn)分布]考點(diǎn)一硅單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)[學(xué)生用書P54]1．硅單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途(1)硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類。(2)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽能電池2.硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)硅在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般表現(xiàn)還原性。(1)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=,\s\up7(△))SiO2,F2：Si＋2F2=SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=,\s\up7(△))SiCl4))(2)與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑3．工業(yè)上制取硅單質(zhì)第一步，用焦炭在電爐中將石英砂還原制得粗硅：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。第二步，粗硅與氯氣在高溫條件下反應(yīng)生成SiCl4：Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高溫))SiCl4。第三步，用H2還原SiCl4：SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(純)＋4HCl。4．二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)分子主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水續(xù)表主要化學(xué)性質(zhì)(填化學(xué)方程式)與水反應(yīng)不反應(yīng)與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O與堿反應(yīng)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件5.硅酸和硅酸鈉(1)硅酸(H2SiO3或H4SiO4)①硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液變紅色。硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O。②硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O。③用途：硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強(qiáng)，常用作干燥劑。(2)硅酸鈉(Na2SiO3)①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。②它能與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，寫出以下化學(xué)方程式：與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。與少量CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。題組硅及其化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．有些科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法不正確的是()A．高純度的單質(zhì)硅被廣泛用于制作計(jì)算機(jī)芯片B．硅可由二氧化硅還原制得C．常溫時(shí)硅與水、空氣和酸不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)D．自然界硅元素的貯量豐富，并存在大量的單質(zhì)硅解析：選D。A.硅作為半導(dǎo)體材料被廣泛用于制作計(jì)算機(jī)芯片，故A正確；B.焦炭和二氧化硅在高溫下反應(yīng)制得粗硅，其中二氧化硅作氧化劑被還原，故B正確；C.常溫時(shí)硅能與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和氫氣，故C正確；D.自然界中沒有游離態(tài)的硅，即不存在大量的單質(zhì)硅，故D錯(cuò)誤。2．下列關(guān)于CO2和SiO2的說法中正確的是()A．CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子組成的解析：選A。SiO2不能與水反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)；SiO2也是酸性氧化物，C項(xiàng)錯(cuò)；SiO2中不存在分子，其化學(xué)式僅代表Si、O原子個(gè)數(shù)比為1∶2，D項(xiàng)錯(cuò)。3．(2020·浙江選考考前沖刺)下列說法不正確的是()A．加熱純堿溶液能提高其去油污的能力B．石英玻璃的主要成分是二氧化硅C．含第ⅣA族元素的化合物種類最多D．自然界中的氧元素主要以游離態(tài)的形式存在解析：選D。純堿因水解而使溶液呈堿性，油脂在堿性條件下水解，加熱純堿溶液，溶液的堿性增強(qiáng)，去油污的能力增強(qiáng)，A項(xiàng)正確；石英玻璃中主要含有的物質(zhì)是二氧化硅，B項(xiàng)正確；化合物種類最多的是有機(jī)物，而有機(jī)物中均含有碳元素，碳元素處于周期表第ⅣA族，C項(xiàng)正確；自然界中的氧元素主要以化合態(tài)形式存在于地殼中，是地殼中含量最高的元素，D項(xiàng)錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al()熟記硅及其化合物的特殊性質(zhì)(1)硅單質(zhì)的特殊性①Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。②非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si與堿液作用卻放出H2：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。③非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。④非金屬單質(zhì)大多為絕緣體，但Si為半導(dǎo)體。(2)含硅化合物的特殊性①SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。②酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能與HF作用：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。③無機(jī)酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。④因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生。考點(diǎn)二硅酸鹽及無機(jī)非金屬材料[學(xué)生用書P55]1．硅酸鹽(1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2O·SiO2，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。2．無機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。①常見硅酸鹽材料比較水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔窯陶瓷窯②玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。(2)新型無機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。題組一復(fù)雜硅酸鹽的成分及表示方法1．青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是()A．青石棉是一種硅酸鹽材料B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被還原解析：選B。硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反應(yīng)時(shí)，失去3mol電子，故能使1molHNO3被還原。題組二無機(jī)非金屬材料成分的辨別與性質(zhì)2．(2020·寧波質(zhì)檢)硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯(cuò)誤的是()A．氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料，其化學(xué)式為Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔點(diǎn)高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C．光導(dǎo)纖維是一種新型無機(jī)非金屬材料，其主要成分為SiO2D．二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其晶體中硅原子和硅氧單鍵個(gè)數(shù)之比為1∶2解析：選D。A項(xiàng)，在氮化硅中N元素為－3價(jià)，Si元素為＋4價(jià)，則化學(xué)式為Si3N4，正確；D項(xiàng)，在SiO2晶體中，一個(gè)硅原子與周圍4個(gè)氧原子形成4個(gè)硅氧單鍵，錯(cuò)誤。3．(2020·浙江7月選考，T24)Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關(guān)性質(zhì)的說法不正確的是()A．可發(fā)生反應(yīng)：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能與SO2反應(yīng)生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiO2解析：選D。加熱時(shí)氯化銨分解生成HCl和NH3，HCl與Ca3SiO5反應(yīng)得到硅酸鈣、氯化鈣和水，A項(xiàng)正確；水泥吸水會(huì)變硬，需密封保存，B項(xiàng)正確；Ca3SiO5能與二氧化硫反應(yīng)得到亞硫酸鈣，C項(xiàng)正確；由上述分析可知，Ca3SiO5與足量鹽酸反應(yīng)得不到二氧化硅，D項(xiàng)錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al()(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光導(dǎo)纖維的是二氧化硅，用于制作半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片的是晶體硅。(2)熟悉幾種常見飾品的主要成分水晶、石英、瑪瑙的主要成分是二氧化硅；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。(3)了解用氧化物的形式表示復(fù)雜硅酸鹽的方法①書寫順序：較活潑的金屬氧化物·較不活潑的金屬氧化物·二氧化硅·水。②各元素的化合價(jià)保持不變，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來的組成?？键c(diǎn)三硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系與應(yīng)用[學(xué)生用書P56]硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系題組化工生產(chǎn)中的硅及其化合物的轉(zhuǎn)化1．高純度單晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場“革命”。這種材料可以按下列方法制備：SiO2eq\o(→,\s\up7(①C),\s\do5(高溫))Si(粗)eq\o(→,\s\up7(②HCl),\s\do5(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(③過量H2),\s\do5(1000～1100℃))Si(純)下列說法正確的是()A．步驟①的化學(xué)方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si(粗)＋CO2↑B．步驟①②③中，硅元素分別被氧化、被還原、被氧化C．二氧化硅既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，屬于兩性氧化物D．SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)67.6℃)，可通過蒸餾提純SiHCl3解析：選D。步驟①的生成物為Si(粗)和CO，A項(xiàng)錯(cuò)誤；步驟①②③中，硅元素的化合價(jià)從正價(jià)→0價(jià)→正價(jià)→0價(jià)，所以硅元素分別被還原、被氧化、被還原，B項(xiàng)錯(cuò)誤；二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，但生成的不是鹽和水，所以不屬于兩性氧化物，C項(xiàng)錯(cuò)誤；SiHCl3與SiCl4的沸點(diǎn)不同且相差較大，可通過蒸餾提純SiHCl3，D項(xiàng)正確。2．X是一種新型無機(jī)非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關(guān)生產(chǎn)過程如下：為了確定C的組成，某同學(xué)進(jìn)行了以下的探究過程。已知F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光導(dǎo)纖維。按要求回答下列問題：(1)C的化學(xué)式為________；X的化學(xué)式為________。(2)寫出下列方程式：反應(yīng)②的化學(xué)方程式：___________________________________________；反應(yīng)⑦的離子方程式：______________________________________。解析：由I可作光導(dǎo)纖維知，I為SiO2，根據(jù)題給第二個(gè)框圖中的轉(zhuǎn)化關(guān)系和“F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F為硅酸，H為硅酸鈉；由E→G是加入了硝酸銀和稀硝酸，生成了難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，則E中含有氯離子；則化合物C中含硅、氯兩種元素，故C為SiCl4，D為Si(NH2)4，X為Si3N4。反應(yīng)②為SiCl4與過量氨氣的反應(yīng)，反應(yīng)⑦為硅酸鈉與過量二氧化碳的反應(yīng)。答案：(1)SiCl4Si3N4(2)SiCl4＋8NH3=Si(NH2)4＋4NH4ClSiOeq\o\al(2－,3)＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)3．單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料，可由X通過如下圖所示的路線制備，其中X為Z的氧化物，Y為氫化物，分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似，回答下列問題：eq\x(X)eq\o(→,\s\up7(Mg),\s\do5(加熱))eq\x(Mg2Z)eq\o(→,\s\up7(鹽酸))eq\x(Y)eq\o(→,\s\up7(加熱))eq\x(Z)(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是________；由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為________________________________________________________。(2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)方程式為______________________________，Y分子的電子式為_________