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

专题四　非金属及其化合物

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　

知识梳理

1.碳、硅的存在形态、物理性质和用途

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:

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

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)。

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

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。