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1、届全国高考化学新考案第四单元非金属及其化合物教学案2020届全国高考化学新考案第四单元非金属及其化合物教学案题8:硅及其重要化合物无机非金属材料命题一 硅的性质及用途1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)(2017年天津理综,3)硅太阳能电池工作时,光能转化成电能,与氧化还原反应无关。()(2)(2015年江苏,8)下列转化均能一步实现:粗硅SiCl4Si。()(3)(2014年江苏,4)晶体硅熔点高硬度大,可用于制作半导体材料。()(4)(2013年北京理综,6)硅太阳能电池可以将太阳能转化为热能。()【解析】(1)硅太阳能电池能够将光能直接转化为电能,过程中没有发生氧化还原反应

2、,正确。(2)粗Si与Cl2在高温下反应生成SiCl4,SiCl4用H2还原生成纯Si,正确。(3)晶体硅可用于制作半导体材料是因为其导电性介于导体和绝缘体之间,与熔点、硬度无关,错误。(4)太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,错误。【答案】(1)(2)(3)(4)命题二 二氧化硅的性质及用途2.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)(2018年江苏,3)SiO2熔点高、硬度大,可用于制光导纤维。()(2)(2016年全国卷,7)HF能与SiO2反应,故常用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记。()(3)(2016年江苏,9)下列转化均能一步实现:SiO2SiCl4Si。()(4)(2015年

3、海南,7)可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液。()(5)(2015年安徽理综,9)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。()(6)(2014年海南,9)玻璃容器可长期盛放各种酸。()【解析】(1)二氧化硅透光性好,可用于制造光导纤维,错误。(2)玻璃的主要成分是SiO2,HF能与SiO2反应,因此氢氟酸可以刻蚀玻璃,正确。(3)SiO2不与盐酸反应,错误。(4)玻璃中的主要成分SiO2能与NaOH溶液发生反应2NaOH+SiO2Na2SiO3+H2O,生成的Na2SiO3具有黏合性,会将瓶口和瓶塞粘在一起,无法打开,错误。(5)SiO2与氢氟酸反应不生成盐,不是两性氧

4、化物。(6)氢氟酸能与二氧化硅反应,玻璃容器不能盛装氢氟酸,错误。【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)3.(2015年海南,14)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物;Y为氢化物,分子结构与甲烷相似。回答下列问题:XMg2ZYZ(1)能与X发生化学反应的酸是;由X制备Mg2Z的化学方程式为。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为,Y分子的电子式为。(3)Z、X中共价键的类型分别是、。【解析】Z为半导体材料,Z是Si,氧化物X为SiO2。(1)能与SiO2反应的酸是氢氟酸;根据反应的流程图可知,二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si,SiO2+4Mg2M

5、gO+Mg2Si。(2)Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物,则Y的分子式是SiH4,反应的化学方程式为Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4。SiH4与CH4的结构相似,电子式为H。(3)硅单质中的共价键是非极性键;SiO2中的共价键为极性键。【答案】(1)氢氟酸SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si(2)Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4H(3)非极性键极性键命题三 硅酸及硅酸盐的性质及用途4.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)(2017年北京理综,10)将SO2通入Na2SiO3溶液中产生胶状沉淀,说明酸性:H2SO3H2SiO3。()(2)(2016年四川理综,1

6、)硅胶可作袋装食品的干燥剂。()(3)(2016年江苏,5)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式为Na2SiO3+2H+H2SiO3+2Na+。()(4)(2015年山东理综,12)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式为Si+SO2+H2OH2SiO3+S。()(5)(2014年全国卷,7)用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装过程没有发生化学反应。()【解析】(1)根据强酸制备弱酸的原理,SO2通入Na2SiO3溶液中产生胶状沉淀,说明发生反应SO2+Na2SiO3+H2ONa2SO3+H2SiO3,正确。(2)硅胶能吸水,可作干燥剂,正确。(3)Na2SiO3为可溶

7、性盐,在离子方程式中不能写成化学式,错误。(4)向Na2SiO3溶液中通入过量的SO2,应生成HS,错误。(5)硅胶具有吸水性,可防止食品受潮,属于物理变化,铁粉具有还原性,可防止食品氧化,属于化学变化,错误。【答案】(1)(2)(3)(4)(5)5.(2018年全国卷,28节选)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式。【答案】2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl命题角度 全国卷中,本主题重点考查硅及其化合物的重要性质、有关用途,晶体硅的制备,有关含硅化合物之

8、间的相互转化及离子方程式的书写备考启示 在复习中抓住结构性质用途的主线进行复习,明确物质用途与性质的关系,同时把握单质硅、二氧化硅、硅酸以及硅酸钠的通性及特性考点一硅单质的性质及用途1.硅的存在和物理性质(1)存在:只以的形式存在,主要以和硅酸盐的形式存在于地壳岩层里,在地壳中含量居第二位。(2)物理性质:晶体硅是一种(填颜色)、具有金属光泽、硬而脆的固体,熔、沸点较高,能导电,是良好的材料 。2.硅的化学性质(1)与单质(O2、F2)反应:、。(2)与酸(HF)反应:。(3)与强碱(如NaOH)溶液反应:。3.用途制造半导体、计算机芯片、电池。4.制备(1)工艺流程: SiO2粗硅SiCl4

9、高纯硅。(2)反应原理:、Si(粗)+2Cl2SiCl4、SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl。在线反馈化合态SiO2灰黑色半导体Si+O2SiO2 Si+2F2SiF4Si+4HFSiF4+2H2Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2太阳能SiO2+2CSi+2CO太阳能电池已为人们所熟悉,制造太阳能电池板的核心材料是()。A.硅B.二氧化硅C.钛合金 D.铝合金【答案】A下列关于硅的说法不正确的是()。A.硅是非金属元素,但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,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反应D.当加热到一定温度时

10、,硅能与氧气、氯气等非金属单质反应【解析】硅是非金属元素,它的单质是灰黑色有金属光泽的固体,A项正确;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,B项正确;硅的化学性质不活泼,但常温下能与氢氟酸、强碱溶液等发生反应,C项错误;加热到一定温度时,硅能与氯气、氧气等非金属单质反应,D项正确。【答案】C有些科学家提出硅是“21世纪的能源”,这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中不正确的是()。A.高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片B.硅可由二氧化硅还原制得C.低温时,硅与水、空气和盐酸不反应,但能与氢氟酸反应D.自然界中硅的储量丰富,存在大量的单质

11、硅【答案】D高纯度晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。可按如下方法制备高纯度晶硅:SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)下列说法正确的是()。A.步骤的化学方程式为SiO2+CSi+CO2B.步骤中每生成或反应1 mol Si,转移4 mol电子C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应D.SiHCl3(沸点33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ),通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3【解析】步骤的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO,A项错误;步骤中每生成或反应1 mol Si,转移2 mol电子,B项错误;硅能与氢

12、氟酸反应生成SiF4和氢气,C项错误。【答案】D已知单质硅与强碱溶液反应生成硅酸盐并放出氢气。现有一种不含其他杂质的硅铁合金,取部分粉碎后分为质量相等的两份,一份加入足量的NaOH溶液,另一份加入足量的盐酸,充分反应后,前者放出气体的体积是后者的(同温、同压下测定),则此硅铁合金中硅的质量分数是()。A.8% B.6%C.4% D.2%【解析】单质硅与NaOH溶液发生反应H2O+Si+2NaOHNa2SiO3+2H2,不与盐酸发生反应;金属铁不与强碱发生反应,与盐酸发生反应Fe+2HClFeCl2+H2,由于硅与足量NaOH溶液反应放出氢气的体积是后者的(同温、同压下测定),所以硅与铁的物质的

13、量之比为112,质量之比为124,即硅的质量分数为4%。【答案】C硅单质的特殊性1.Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2CSi+2CO。2.非金属单质与碱液作用一般无H2放出,但Si能与碱液作用放出H2:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2。3.非金属单质一般不与非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si+4HFSiF4+2H2。4.非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。考点二二氧化硅的性质及用途1.二氧化硅的结构及物理性质二氧化硅广泛存在自然界中,是沙子、石英的主要成分;二氧化硅为正四面体结构,其硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水。2.二氧化硅的化学

14、性质(1)与酸反应(只与氢氟酸反应):。(2)与碱(NaOH)反应:。(3)与盐反应:。(4)与碱性氧化物反应:。3.二氧化硅的用途制造、光学仪器、电子部件。在线反馈SiO2+4HFSiF4+2H2OSiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2或CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2SiO2+CaOCaSiO3光导纤维我国科学家制得了SiO2超分子纳米管,其微观结构如图所示。下列叙述正确的是()。A.SiO2与干冰的晶体结构相似B.SiO2耐腐蚀,不与任何酸反应C.工业上用SiO2制备粗硅D.光纤的主要成分是SiO2,具有导电性【解析】SiO2是正四

15、面体结构,不存在单个分子,干冰中存在单个分子,二者晶体结构不同,A项错误;SiO2可与氢氟酸反应,B项错误;工业上用SiO2与焦炭制粗硅,发生反应SiO2+2CSi+2CO,C项正确;SiO2不导电,D项错误。【答案】C下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()。A.CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C.CO2是酸性氧化物,SiO2是两性氧化物D.CO2和SiO2都是由相应的分子构成的【解析】CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐,二者均是酸性氧化物,但SiO2不与水反应,且其结构中不含有分子,而是由原子构成的。【答案】A纯二氧化硅可通过如下流

16、程制备。下列说法不正确的是()。A.X可用作木材防火剂B.步骤的反应是Na2SiO3+H2SO4H2SiO3(胶体)+Na2SO4C.步骤中的稀硫酸可用CO2来代替D.步骤若在实验室里完成,一般在蒸发皿中进行【解析】二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠,硅酸钠可用作木材防火剂,A项正确;因硫酸的酸性比硅酸强,可用硫酸来制取硅酸,B项正确;碳酸的酸性比硅酸强,可用CO2来代替稀硫酸,C项正确;高温灼烧硅酸可生成二氧化硅,此反应在坩埚中进行,D项错误。【答案】D对于化学方程式SiO2+3CSiC+2CO,下列有关叙述正确的是()。A.反应中SiO2是氧化剂,C是还原剂B.硅元素被还原,碳元素被氧化

17、C.在反应中C既是氧化剂又是还原剂D.在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为21【解析】从化学方程式可以看出,只有碳元素的化合价发生了变化,在反应中碳既是氧化剂又是还原剂,且氧化剂和还原剂的物质的量之比为12。【答案】CSiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是()。A.高炉炼铁时,加入石灰石将铁矿石中的脉石(主要成分为SiO2)转化为易熔的炉渣B.纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D.图中所含反应都不属于氧化还原反应【解析】CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2,CaSiO3的熔点低于Si

18、O2的熔点,A项正确;光导纤维的主要成分是二氧化硅,半导体、芯片的主要成分是单晶硅,纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料,B项正确;碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙、水和二氧化碳,二氧化硅和盐酸不反应,可以用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙,C项正确;二氧化硅与碳生成硅单质的反应是氧化还原反应,D项错误。【答案】D二氧化硅的特殊性1.非金属氧化物一般由分子构成,而SiO2由Si和O按个数比12构成,其中一个Si原子与4个O原子相连。2.SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。3.酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2能与HF反应:SiO

19、2+4HFSiF4+2H2O。考点三硅酸及硅酸盐1.硅酸(1)物理性质:与一般的无机含氧酸不同,硅酸水。(2)化学性质弱酸性:二元弱酸,酸性比碳酸,与NaOH溶液反应的化学方程式为。不稳定性:受热易分解,化学方程式为H2SiO3H2O+SiO2。(3)制备:通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得,如Na2SiO3溶液与盐酸反应:。(4)用途:可用作、催化剂的载体等。2.硅酸盐(1)硅酸盐:由硅元素、氧元素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)硅酸钠:硅酸钠的水溶液俗称,是制备硅胶和木材等的原料。a.白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液有黏性,水溶液呈碱性。b.它能与酸性比硅酸

20、强的酸反应,如与CO2水溶液反应:。c.用途:黏合剂(矿物胶),材料。(3)硅酸盐组成的表示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,书写顺序为活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,氧化物之间以“”隔开。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为 Na2OSiO2,长石(KAlSi3O8)可表示为。在线反馈难溶于弱H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2ONa2SiO3+2HClH2SiO3+2NaCl干燥剂水玻璃防火剂Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3耐火阻燃 K2OAl2O36SiO2下列关于硅酸的说法正确的是()。A.硅酸可以由SiO2和水通过化合反应

21、直接制得B.由反应Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3制取硅酸利用了强酸制弱酸的原理C.因为硅酸难溶于水,所以它不能与NaOH溶液反应D.干燥剂“硅胶”的主要化学成分是硅酸钠【解析】SiO2与水不反应,所以硅酸不能由SiO2和水通过化合反应直接制得,故A项错误;硅酸盐能和酸性大于硅酸的其他酸反应生成硅酸,所以由反应Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3制取硅酸利用了强酸制弱酸的原理,故B项正确;硅酸能与NaOH溶液反应生成硅酸钠,故C项错误;硅胶的主要成分是二氧化硅,故D项错误。【答案】B下列关于硅酸盐的说法正确的是()。A.硅酸盐中的阴离子都是SiB.硅酸盐都难溶于水C

22、.通常用氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成,说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的D.Na2SiO3是最简单的硅酸盐,其水溶液可用作黏合剂【解析】只有简单的硅酸盐中的阴离子是Si,A项错误;硅酸钠可溶于水,B项错误;硅酸盐可以写成氧化物的组合形式,但硅酸盐并不是由氧化物组成的,C项错误。【答案】D材料与化学密切相关,下表中对应关系错误的是()。选项 材料 主要化学成分A 刚玉、金刚砂 氧化铝B 大理石、石灰石 碳酸钙C 普通水泥 硅酸盐D 沙子、石英 二氧化硅【解析】刚玉的主要成分是氧化铝,金刚砂的主要成分为碳化硅,A项错误。【答案】A下列实验方案叙述不正确的是()。A.不能用SiO2与水反应制备H2

23、SiO3B.制备硅酸:SiO2(含杂质Fe2O3)滤液H2SiO3C.同浓度的Na2CO3溶液的碱性比Na2SiO3溶液的强,说明酸性:H2CO3H2SiO3D.将CO2通入Na2SiO3溶液中,根据现象可说明酸性:H2CO3H2SiO3【解析】同浓度的Na2CO3的水解程度比Na2SiO3小,碱性弱,C项错误。【答案】C考点四常见无机非金属材料及其主要用途1.传统的无机非金属材料(1)水泥:生产水泥的原料是,其主要成分为。(2)玻璃:生产玻璃的原料是,制备的原理为,玻璃的主要成分为。(3)陶瓷:制备陶瓷的原料为,烧制时在陶瓷窑中发生了复杂的物理变化和化学变化。2.新型无机非金属材料高温结构陶

24、瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。在线反馈石灰石、黏土3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3纯碱、石灰石、石英SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2,SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2Na2SiO3、CaSiO3、SiO2黏土判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。()(2)合成纤维与光导纤维都是新型无机非金属材料。()(3)硅橡胶和陶瓷都是新型无机非金属材料。()(4)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。()【答案】(1)(2)(3)(4)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是

25、()。A.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B.普通玻璃、有机玻璃都属于硅酸盐C.纤维素乙酸酯属于天然高分子材料D.单晶硅常用于制造光导纤维【解析】氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料,A项正确;有机玻璃不属于硅酸盐,B项错误;纤维素为天然高分子化合物,而纤维素乙酸酯是人工合成的,C项错误;单晶硅是半导体材料,二氧化硅是制造光导纤维的主要材料,D项错误。【答案】A下列有关水泥的说法不正确的是()。A.制造水泥的主要原料是石灰石、纯碱和黏土B.普通水泥的主要成分是钙的硅酸盐和铝酸盐C.水泥具有水硬性D.混凝土是指水泥、沙子、水和碎石等的混合物【解析】制造水泥的原料中没有纯碱,A项错误;普通水泥的主要成分是

26、硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙等,B项正确;混凝土的主要成分是水泥、沙子、水和碎石,D项正确。【答案】A中国的瓷器驰名世界,传统陶瓷是以黏土主要成分为Al2Si2O5(OH)4等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品。下列有关说法不正确的是()。A.黏土也是制备玻璃的原料之一B.黏土的主要成分可以表示为Al2O32SiO22H2OC.陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料D.传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同【解析】制备玻璃的主要原料是石英、石灰石与纯碱,不包括黏土,A项错误。【答案】A钢化玻璃是普通玻璃经一定物理方法处理后得到的。钢化玻璃一般不会发生自爆现象,但当钢化玻璃中含有硫化镍结核时就有可能

27、发生自爆现象。下列有关说法中错误的是()。A.制取钢化玻璃的原料为石灰石、纯碱和石英B.钢化玻璃是一种新型无机非金属材料C.制取钢化玻璃的主要反应都是非氧化还原反应D.在碳素钢中加入镍等合金元素可以制得不锈钢及各种特种钢【解析】钢化玻璃是一种传统无机非金属材料,B项错误。【答案】B1.下列我国古代优秀艺术作品中,所用材料不属于无机非金属材料的是()。A.商代后母戊鼎 B.新石器时代人面鱼纹彩陶盆 C.明永乐青花竹石芭蕉纹梅瓶 D.三国青瓷羊形烛台 【解析】A项,商代后母戊鼎是青铜器,所用材料不属于无机非金属材料;B、C、D三项所用材料都属于无机非金属材料。【答案】A2.下列实验室保存试剂的方法

28、正确的是()。A.氢氟酸存放在带有橡胶塞的棕色玻璃瓶中B.碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液存放在配有磨口玻璃塞的棕色玻璃瓶中C.氯化铁溶液存放在铜质容器中D.硅胶放在干燥阴凉处密封保存【解析】氢氟酸能腐蚀玻璃,A项错误;碳酸钠溶液和氢氧化钙溶液呈碱性,能与玻璃中的SiO2反应生成具有黏合性的硅酸盐,使瓶口与瓶塞粘在一起,无法打开,B项错误;氯化铁溶液会和铜发生化学反应,C项错误;硅胶具有强吸湿能力,应贮存在干燥阴凉处,并密封,D项正确。【答案】D3.常温下,下列各组物质不发生反应的是()。硅与NaOH溶液硅与盐酸硅与氢氟酸二氧化硅与碳酸钠二氧化硅与NaOH溶液二氧化硅与浓硝酸A. B.C. D.【解析】常温下,能发生反应Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2,Si+4HFSiF4+2H2,SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。【答案】D4.硅及其化合物是人类文明的重要物质。下列说法正确的是()。A.水晶、水泥都属于硅酸盐产品B.水玻璃是纯净物,可用于生产黏合剂和防火剂C.某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8,可用K2OAl2O36SiO2表示D.高纯硅可用于制造光导纤维,高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池【解析】水晶的主要成分是SiO2,SiO2不属