最新高中化学大一轮复习导学案第四章18无机非金属材料的主角硅及答案.docx
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最新高中化学大一轮复习导学案第四章18无机非金属材料的主角硅及答案
第四章 常见的非金属及其合物
案18 无机非金属材料的主角——硅
[考纲要求] 1了解、S元素单质及其重要合物的主要性质及应用。
2了解、S元素单质及其重要合物对环境质量的影响。
3以新材料、新技术为背景考查、S元素及其重要合物的性质及应用。
知识点一 碳、硅
1．、S单质的存在形态、物性质及用途
（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________能转为____能的常用材料，所以硅还用于制造________。
2．、S的性质
（1）碳单质的性质
常温下____（填“不”或“很”）活泼，在高温条件下有强________性。
①可燃性：
2＋O22O、＋O2O2。
②还原性
．与O2反应的方程式：
＋O22O；
b．与水蒸气反应的方程式：
________________________________________________________________________；
c．与浓H2SO4反应的方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）硅单质的性质
常温下性质不活泼，但能与________、________、________反应。
①与烧碱反应的离子方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②加热时与O2、2等非金属单质反应，其方程式为
________________________________________________________________________。
问题思考
1．哪些反应体现了单质硅具有一定的金属性？
知识点二 碳、硅的氧物
1．碳的氧物比较
2二氧硅与二氧碳的性质比较
二氧碳和二氧硅都是酸性氧物，其结构和主要性质可比较如下：
问题思考
2．为什么不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液？
3．SO2既能和NOH溶液反应又能和HF溶液反应，一定是两性氧物吗？
知识点三 硅酸、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NOH溶液反应的方程式为：
________________________________________________________________________。
（3）硅酸在水中易聚合形成胶体。
硅胶吸附水份能力强，常用作________。
2．硅酸钠
（1）物性质
白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称________，有黏性。
（2）性质
①水解显____性。
②与酸性较硅酸强的酸反应，方程式分别为：
与盐酸反应：
____________________________________________________________。
与O2水溶液反应：
______________________________________________________。
（3）用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
问题思考
4．反应①N2SO3＋H2O＋O2===N2O3＋H2SO3↓，说明H2O3的酸性强于H2SO3。
反应②N2O3＋SO2N2SO3＋O2↑，能否说明H2SO3的酸性强于H2O3？
3．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，多用氧物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（N2SO3）写成________，钾云母（H2A3S3O12）写成_______________________________。
问题思考
5．硅酸盐是否以氧物的形式存在？
4．传统无机非金属材料
（1）普通玻璃
①主要原料：
____________________________________________________________。
②生产中主要方程式：
________________________________________________
________________________________________________________________________。
③主要成分：
________、________、________。
（2）普通硅酸盐水泥
①主要原料：
________、________。
②主要成分（写出名称和式）：
__________________________________________
________________________________________________________________________。
一、碳、硅及其合物的特性
物质
一般规律
硅及其合物特性
S
硅还原性大于碳
非金属单质与强碱溶液一般不产生H2
非金属一般不与非氧性酸反应
一般非金属单质为绝缘体
SO2
酸性氧物一般与水反应生成相应酸
酸性氧物一般不与酸发生复分解反应
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2O3酸性大于H2SO3
H2SO3
无机酸一般易溶于水
硅酸盐
大多硅酸盐难溶于水
典例导悟1
下列叙述正确的是（ ）
A．因为N2O3＋SO2N2SO3＋O2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧碳和二氧硅的物性质相似
．二氧硅既溶于氢氧钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧硅是两性氧物
D．二氧硅和二氧碳都是酸性氧物，但二氧硅不能和水反应生成硅酸
听课记录：
二、无机非金属材料的使用
无机非金属材料在日常生活中有广泛的用途，这些知识大多属于识记知识。
除了解前面所讲的传统无机非金属材料外，还应了解新型无机非金属材料的种类和用途。
材料类别
主要特性
示例
用途
高温结
构陶瓷
能承受高温，强度高
氮硅陶瓷
汽轮机叶片、轴承、永久性模具等
半导体
陶瓷
具有电
特性
氧锡陶瓷
集成电路中的半导体
光材料
具有光
特性
光导纤维
光缆通讯、医疗、照明等
生物陶瓷
具有生物
功能
氧铝陶瓷
人造骨骼、人造关节、接骨螺钉
典例导悟2
下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是（ ）
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
听课记录：
题组一 碳及其合物
1．（2010·全国综Ⅱ，29）请设计O2在高温下与木炭反应生成O的实验。
（1）在下面方框中，A表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器，请在A后完成该反应的实验装置示意图（夹持装置，连接胶管及尾气处部分不必画出，需要加热的仪器下方用△标出），按气流方向在每件仪器下方标出字母B、……；其他可选用的仪器（量不限）简易表示如下：
导管：
试管：
反应管：
胶塞：
（插入导管表示已开孔）
（2）根据方框中的装置图，填写下表
仪器标号
仪器中所加物质
作用
A
石灰石、稀盐酸
石灰石与盐酸作用
产生O2
（3）有人对气体发生器作如下改进：
在锥形瓶中放入一小试管，将长颈漏斗下端插入小试管中。
改进后的优点是________________________________________________________
________________________________________________________________________；
（4）验证O的方法是_____________________________________________________。
题组二 硅及其合物
2．判断下列说法是否正确：
（1）SO2是酸性氧物，能与NOH溶液反应（ ）
（2010·山东综－13A）
（2）A二氧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S3N4、A2O3制作高温结构陶瓷制品（ ）
（2010·天津综－2B）
（4）二氧硅的分子式是SO2（ ）
（2010·上海－2B）
3．（2009·广东基，22）下列关于硅单质及其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．②③．①④D．③④
4．（2010·上海，23改编）胃舒平主要成分是氢氧铝，同时含有三硅酸镁（Mg2S3O8·H2O）等合物。
（1）三硅酸镁的氧物形式为____________。
（2）某元素与铝元素同周期且原子半径比镁原子半径大，该元素离子半径比铝离子半径________（填“大”或“小”），该元素和铝元素的最高价氧物的水物之间发生反应的离子方程式为______________________________________________________________。
（3）A2O3、MgO和SO2都可以制耐火材料，其原因是
________________________________________________________________________。
．A2O3、MgO和SO2都不溶于水
b．A2O3、MgO和SO2都是白色固体
c．A2O3、MgO和SO2都是氧物
d．A2O3、MgO和SO2都有很高的熔点
题组一 碳族元素性质的相似性和递变性
1．根据碳族元素的相似性与递变性、一般性与特殊性的知识，判断下列说法正确的是（ ）
A．O2、PbO2都是强氧剂
B．O2和PbO2都是弱氧剂，O和PbO都是还原剂
．S（OH）4可与NOH反应，但不与盐酸反应
D．G单质的熔点介于S、Pb之间，是半导体材料
2．根据锡、铅的主要合价及其稳定性，完成下列填空：
（1）锡的＋2价合物应具有较强的________性，铅的＋4价合物应具有较强的________性。
（2）已知S2＋的还原性比F2＋的还原性强，PbO2的氧性比2的氧性强。
试写出下列反应的方程式：
①氯气与锡共热：
_________________________________________________________；
②氯气与铅共热：
_________________________________________________________；
③PbO2与浓盐酸共热：
_____________________________________________________。
题组二 无机非金属材料
3．（2009·重庆综，6）材料与密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
材料
主要成分
A
刚玉、金刚石
三氧二铝
B
大石、石灰石
碳酸钙
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧硅
4（2011·湖北宜昌模拟）信息、材料、能被称为新技革命的“三大支柱”。
下列有关资讯错误的是（ ）
A．在即将到的新能时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能
B．中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术，能较大程度地降低能耗，节约能
．光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的主要材料是单质硅
D．结构陶瓷碳硼（B43）常用于制造切削工具，它是一种新型无机非金属材料
题组三 硅及其合物的性质
5．下列关于硅的说法中，不正确的是（ ）
A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
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
．硅的性质不活泼，常温下不与任何物质起反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
6如图所示物质的转关系中，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的式是__________，目前B已被用作________的主要原料。
（2）B和溶液反应的离子方程式是__________________________________________。
（3）A和溶液反应的离子方程式是_________________________________________。
（4）和过量的盐酸反应的离子方程式是______________________________________。
题组四 实验探究
7．（2009·浙江综，28）单晶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硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯硅（反应温度450～500℃），四氯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硅的装置示意图。
相关信息如下：
．四氯硅遇水极易水解；
b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯物；
c．有关物质的物常见下表：
物质
S4
B3
A3
F3
P5
沸点/℃
577
128
－
315
－
熔点/℃
－700
－1072
－
－
－
升华温度/℃
－
－
180
300
162
请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式：
___________________________________
________________________________________________________________________。
（2）装置A中g管的作用是____________；装置中的试剂是__________；装置E中的瓶需要冷却的由是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）装置E中瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________（填写元素符号）。
（4）为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处，使铁元素还原成F2＋，再用MO4标准溶液在酸性条件下进行氧还原滴定，反应的离子方程式为5F2＋＋MO＋8H＋===5F3＋＋M2＋＋4H2O。
①滴定前是否要滴加指示剂？
________（填“是”或“否”），请说明由：
________________________________________________________________________。
②某同称取5000g残留物，经预处后在容量瓶中配制成100L溶液，移取2500L试样溶液，用1000×10－2·L－1MO4标准溶液滴定。
达到滴定终点时，消耗标准溶液2000L，则残留物中铁元素的质量分是________。
案18 无机非金属材料的主角——硅
【课前准备区】
知识点一
1．
（1）游离 合 金刚石 石墨 60
（2）二 氧 合 氧 晶体 无定 半导体 半导体芯片 集成电路 太阳 电 光电池
2．
（1）不 还原
②b＋H2O（g）O＋H2
c．＋2H2SO4（浓）O2↑＋2SO2↑＋2H2O
（2）F2 HF 强碱
①S＋2OH－＋H2O===SO＋2H2↑
②S＋O2SO2；S＋22S4
知识点二
1
分子式
O
O2
工业制法
（原）
水煤气：
＋H2O（g）O＋H2
O3O＋O2↑
性质
①可燃性：
2O＋O22O2
②还原性（如还原F2O3）：
3O＋F2O32F＋3O2
①具备酸性氧物的通性
②与N2O2反应：
2N2O2＋2O2===2N2O3＋O2
毒性
剧毒，能与人体内血红蛋白结合，使人体因缺氧而中毒
无毒，是造成温室效应的主要气体
2
物质
二氧硅
二氧碳
式
SO2
O2
主要物
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，微溶于水
性质
①与水反应
不反应
O2＋H2O
H2O3
②与酸反应
SO2＋4HF===SF4↑＋2H2O
不反应
③与碱反应
SO2＋2NOH===N2SO3＋H2O；盛碱液的试剂瓶用橡胶塞
O2＋2NOH===N2O3＋H2O或O2＋NOH===NHO3
④与盐反应
SO2＋N2O3N2SO3＋O2↑；SO2的难挥发性
（O）2＋O2＋H2O===O3↓＋2HO；O2＋N2O3＋H2O===2NHO3
⑤与碱性氧物反应
SO2＋OSO3
O2＋OO3
知识点三
1．不 弱 不能
（1）H2SO3SO2＋H2O
（2）H2SO3＋2NOH===N2SO3＋2H2O
（3）干燥剂
2．
（1）水玻璃
（2）①碱 ②N2SO3＋2H===2N＋H2SO3↓
N2SO3＋O2＋H2O===H2SO3↓＋N2O3
3．
（1）由硅、氧和金属元素组成的合物
（2）N2O·SO2 2O·3A2O3·6SO2·2H2O
4．
（1）①纯碱、石灰石、石英 ②N2O3＋SO2N2SO3＋O2↑、O3＋SO2SO3＋O2↑
③N2SO3 SO3 SO2
（2）①石灰石 黏土
②硅酸三钙（3O·SO2）、硅酸二钙（2O·SO2）、铝酸三钙（3O·A2O3）
问题思考
1．①S＋2NOH＋H2O===N2SO3＋2H2↑
②S＋4HF===SF4↑＋2H2↑
2．由于玻璃中含有SO2，能与碱反应生成具有粘性的物质，将瓶塞和瓶子粘在一起打不开。
3．不是，因为SO2与HF反应生成的不是盐和水。
4．反应①是离子反应，实质是H2O3电离出的H＋被SO2－3结合生成H2SO3，说明H2O3的电离性强于H2SO3，即酸性H2O3>H2SO3；而反应②是高温下的非离子反应，它之所以能发生是因为O2气体离开了反应体系，其中并无H2O3和H2SO3两种物质，更谈不上二者酸性的比较。
5．由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧物法。
实际上硅酸盐不是以简单氧物形式存在的，而是以结构复杂的盐的形式存在的。
【课堂活动区】
一、2＋SO2S＋2O↑
硅可与强碱溶液反应产生H2
S＋4HF===SF4↑＋2H2↑
硅为半导体，常用于电子部件
SO2不溶于水，不与水反应
SO2＋4HF===SF4↑＋2H2O
但以下反应不符合此规律N2O3＋SO2N2SO3＋O2↑O3＋SO2SO3＋O2↑
硅酸和原硅酸均难溶于水
常见的可溶性硅酸盐为N2SO3，水溶液称水玻璃、泡花碱
典例导悟
1 D [根据酸盐之间复分解反应进行的方向判断酸性强弱一般是在常温湿态下适用，在高温干态下不适用，事实是碳酸酸性比硅酸强，故A项错误；O2和SO2的结构不同，在物性质方面有很大的差异，故B项错误；SO2与氢氟酸反应，不属于酸性氧物与酸的一般反应，在此反应中SO2没有表现碱性，故项错误；SO2虽属于酸性氧物，但不能直接与H2O反应生成H2SO3，D项正确。
]
2 B [无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。
传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。
新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。
]
【课后练习区】
高考集训
1．
（1）如下图所示
（2）
仪器标号
仪器中所加物质
作用
B
饱和碳酸氢钠溶液
除去O2中的H气体
浓硫酸
除去O2中的水蒸气
D
干燥木炭粉
与O2反应产生O
E
氢氧钠溶液
吸收未反应的O2
（3）可以通过控制加酸的量，控制气体产生的快慢；同时小试管中充满盐酸，可以起到液封作用，防止反应激烈时气体经漏斗冲出
（4）点燃气体，火焰呈蓝色，再用一个内壁附着有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上，烧杯内壁的石灰水变浑浊
解析
（1）根据题意，要证明二氧碳与木炭反应生成一氧碳，需要以下操作：
先将得到的二氧碳经过盛有饱和碳酸氢钠溶液的试管，除去气体中混有的氯氢气体，然后通过浓硫酸除去二氧碳中的水蒸气，以免水与木炭反应会干扰到O的检验，将经过净的二氧碳通过加热的木炭粉后用氢氧钠溶液除去未反应的二氧碳，以免干扰O的检验。
（2）各个仪器装置中所盛试剂及其作用：
B中：
饱和的碳酸氢钠溶液，除去O2气体中的氯氢气体；中：
浓硫酸，除去二氧碳中的水蒸气；D中：
干燥的木炭粉，目的是与二氧碳反应产生O；E中为氢氧钠溶液，除去未反应的二氧碳。
（3）将长颈漏斗下端插入一小试管中的优点：
一是可以控制反应的快慢，通过控制加入的酸的用量控制反应产生的气体的快慢；二是防止容器内因压力过大造成气体从长颈漏斗中逸出。
（4）验证一氧碳的方法可以利用一氧碳的可燃性进行，将气体点燃，然后在火焰上方罩一内壁涂有澄清石灰水的烧杯，若火焰呈蓝色且澄清石灰水变浑浊，证明产生了一氧碳。
2．
（1）√
（2）√ √（3）√ （4）×
3．
4．
（1）2MgO·3SO2·H2O
（2）大 A（OH）3＋OH－===AO＋2H2O
（3）d
解析
（1）硅酸盐用氧物的形式表示组成的书写顺序是：
活泼金属氧物→较活泼金属氧物→非金属氧物→二氧硅→水，并将氧物的目用阿拉伯字在其前面表示。
比如斜长石AS3O82O·A2O3·6SO2。
（2）与铝元素同周期且原子半径大于镁的元素是钠，其离子半径大于铝的离子半径；两者氢氧物反应的离子方程式为：
A（OH）3＋OH－===AO＋2H2O；（3）分析三种氧物，可知三者都不溶
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