高考化学一轮复习 第4章 非金属及其化合物 第一节 无机非金属材料的主角—硅课件.ppt

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1、非金属及其化合物是中学化学中重要知识部分,也是高考的命题重点与热点,在非金属及其化合物是中学化学中重要知识部分,也是高考的命题重点与热点,在各省份历年高考试题中所占比例较大,试题分值高,综合性可弱可强,出题形式各省份历年高考试题中所占比例较大,试题分值高,综合性可弱可强,出题形式非常灵活,是高考备考的重要内容。此部分的专题内容由硅、氯、硫和氮四种元非常灵活,是高考备考的重要内容。此部分的专题内容由硅、氯、硫和氮四种元素及其化合物组成。对硅常以选择题或实验题形式考查素及其化合物组成。对硅常以选择题或实验题形式考查Si、SiO2结构与性质和新结构与性质和新材料应用,如材料应用,如2009四川理综四

2、川理综6、2009浙江理综浙江理综28。第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物2021/8/11 星期三1对氯元素多以选择题,填空题形式考查对氯元素多以选择题,填空题形式考查Cl2性质及制法和含氯化合物性质,如性质及制法和含氯化合物性质,如2009山东理综山东理综10、2009江苏化学江苏化学18、2009上海化学上海化学14。对硫元素以选择题、填空。对硫元素以选择题、填空题、实验题形式考查题、实验题形式考查SO2、H2SO4的核心性质,同时也涉及的核心性质,同时也涉及O3、H2O2、酸雨等问、酸雨等问题,如题,如2009福建理综福建理综7、2009广东化学广东化学17、2009四川理

3、综四川理综26、2009上海化学上海化学30。对氮元素以选择题、填空题、推断题、实验题形式考查对氮元素以选择题、填空题、推断题、实验题形式考查N2、NO、NO2、HNO3、NH3、铵盐的重要性质,如、铵盐的重要性质,如2009江苏化学江苏化学3、2009宁夏理综宁夏理综7、2009山东理综山东理综28、2009全国全国理综理综28、2009北京理综北京理综27、2009上海化学上海化学31。高考试题清晰显示,硅、氯、硫、氮非金属元素及其化合物知识不仅会以单一元高考试题清晰显示,硅、氯、硫、氮非金属元素及其化合物知识不仅会以单一元素考查,还往往与一些重要的基本概念、基本理论及其他元素化合物知识揉

4、合在素考查,还往往与一些重要的基本概念、基本理论及其他元素化合物知识揉合在一起,进行学科内知识的综合考查。以下几方面仍需重点关注。一起,进行学科内知识的综合考查。以下几方面仍需重点关注。2021/8/11 星期三21以硅和碳为载体,反映新材料、新技术的题目会在高考试题中出现,考查学以硅和碳为载体,反映新材料、新技术的题目会在高考试题中出现,考查学生接受处理新信息能力。生接受处理新信息能力。2以氯元素为核心,把握其性质、制法和转化关系,同时兼顾与之相关的基本以氯元素为核心,把握其性质、制法和转化关系,同时兼顾与之相关的基本概念和理论的考查,尤其是氧化还原反应,离子反应等内容。概念和理论的考查,尤

5、其是氧化还原反应,离子反应等内容。3以以SO2、H2SO3还原性、浓还原性、浓H2SO4氧化性为主要内容,氧化性为主要内容,H2O2、O3为辅助内容,为辅助内容,进一步深入研究化学平衡理论和环境保护问题。进一步深入研究化学平衡理论和环境保护问题。4以以N2、NH3结构和性质,结构和性质,NO、NO2溶于水的计算,溶于水的计算,HNO3的强氧化性为载体,的强氧化性为载体,考查基本概念基本理论的应用和实验计算的能力,联系环境保护,考查学生考查基本概念基本理论的应用和实验计算的能力,联系环境保护,考查学生综合分析处理问题能力。综合分析处理问题能力。2021/8/11 星期三31 了了解硅解硅单质单质

6、及其主要化合物及其主要化合物SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的主要性的主要性质质。2了解硅酸了解硅酸盐盐工工业业及新型无机非金属材料的特性与及新型无机非金属材料的特性与应应用。用。3以上各部分知以上各部分知识识的的综综合合应应用。用。第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅2021/8/11 星期三41硅单质硅单质硅在地壳中的含量居第硅在地壳中的含量居第 位,仅次于位,仅次于 ,全部以,全部以 态存在,是一种态存在,是一种 元素。元素。主要形成主要形成 价的化合物。价的化合物。单质硅有单质硅有 和和 形两种,是良好的形两种,是良好的 材料。材料。常温下,化学性质常温下,

7、化学性质 。2氧氧化合化合亲氧亲氧4晶体晶体无定无定半导体半导体不活泼不活泼2021/8/11 星期三52二氧化硅二氧化硅(SiO2)(1)物理性质物理性质天然的二氧化硅称为硅石,存在形态分天然的二氧化硅称为硅石,存在形态分 形和形和 形。形。二二氧氧化化硅硅是是 、的的主主要要成成分分,具具有有硬硬度度 、熔熔点点 、导导电电、不不溶于水等性质。溶于水等性质。(2)SiO2的结构的结构在在SiO2的的晶晶体体中中,每每个个硅硅原原子子与与 个个氧氧原原子子结结合合,每每个个氧氧原原子子与与 个个硅硅原原子子结结合合,即即SiO2晶体是由晶体是由Si和和O按按 的比例所组成的的比例所组成的 空

8、间网状结构的晶体。空间网状结构的晶体。结晶结晶无定无定岩石岩石沙子沙子土壤土壤大大高高不不421 2正四面体正四面体2021/8/11 星期三6(3)化化学性学性质质酸性氧化物的通性酸性氧化物的通性SiO2CaO SiO2 NaOH=与碳的反与碳的反应应:SiO2 C与与氢氢氟酸的反氟酸的反应应:SiO24HF=(4)用途用途SiO2可用于制造可用于制造 、石英坩、石英坩埚埚、饰饰物等。物等。CaSiO3Na2SiO3H2O2Si2COSiF42H2O光导纤维光导纤维2思考:思考:C与与Si同同属第属第IVA元素,其相元素,其相应应的氧化物的氧化物CO2与与SiO2性性质质有哪些异同点?有哪些

9、异同点?提示:提示:CO2与与SiO2比较比较2021/8/11 星期三7二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅存在存在空气中空气中存在于岩石中,硅石、石英、存在于岩石中,硅石、石英、水晶、硅藻土都含水晶、硅藻土都含SiO2物理性质物理性质熔、沸点低,常温下是气体,熔、沸点低,常温下是气体,微溶于水微溶于水坚硬难熔的固体,不溶于水坚硬难熔的固体,不溶于水化化学学性性质质与水与水CO2H2O H2CO3不反应不反应与酸与酸不反应不反应除氢氟酸外不反应除氢氟酸外不反应与与NaOH溶液溶液CO22NaOH=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2O与与CaOCO2CaO=CaCO3SiO2

10、CaO CaSiO3用途用途饮料、制纯碱饮料、制纯碱光导纤维、化学仪器、光学光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、电子部件等仪器、钟表、电子部件等2021/8/11 星期三81硅酸硅酸(1)性质性质硅硅酸酸是是难难溶溶于于水水的的 酸酸,其其酸酸性性比比碳碳酸酸 ,硅硅酸酸不不能能使使紫紫色色石石蕊蕊试试液液变变红色。红色。硅酸不稳定,受热易分解:硅酸不稳定,受热易分解:。硅酸能与碱溶液反应,如与硅酸能与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式溶液反应的化学方程式 为:为:。弱弱还弱还弱H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O2021/8/11 星期三9硅硅酸酸在在水水中中易易聚聚合合

11、形形成成胶胶体体。浓浓度度较较小小时时 ;浓浓度度较较大大时时 。硅硅酸酸凝凝胶胶干干燥燥脱脱水水硅硅酸酸干干凝凝胶胶,又又称称硅硅胶胶,吸吸附附水水的的能能力力强强,常用作,常用作 ,也用作催化,也用作催化剂剂的的载载体。体。(2)制制备备Na2SiO32HCl=,Na2SiO3CO2H2O=。无色透明液体无色透明液体凝胶凝胶干燥剂干燥剂2NaClH2SiO3Na2CO3H2SiO32021/8/11 星期三102硅酸盐硅酸盐(1)硅酸盐是由硅酸盐是由 、和和 组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构 复杂的物质,一般都复杂的物质,一般都 。化学性质很。化学性

12、质很 ,通常用,通常用 和和 的形式表示其组成的形式表示其组成(2)用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成。用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成。硅酸钠:硅酸钠:Na2SiO3 ;硅酸钙:硅酸钙:CaSiO3 ;高岭石:高岭石:Al2(Si2O5)(OH)4 。硅硅氧氧金属金属不溶于水不溶于水稳定稳定二氧化硅二氧化硅金属氧化物金属氧化物Na2OSiO2CaOSiO2Al2O32SiO22H2O2021/8/11 星期三11延伸:硅酸盐由于组成比较复杂,常用氧化物形式表示。延伸:硅酸盐由于组成比较复杂,常用氧化物形式表示。氧氧化物的化物的顺顺序:活序:活泼泼金属氧化物金属氧化物较较活活泼泼金属氧化物金

13、属氧化物二氧化硅二氧化硅水水氧氧化化物物前前系系数数配配置置原原则则:除除氧氧元元素素外外,其其他他元元素素按按原原子子个个数数守守恒恒原原则则配配置置系数。系数。注意事注意事项项:氧化物之氧化物之间间以以“”隔开;隔开;系数配置出系数配置出现现分数分数应应化化为为整数。整数。2021/8/11 星期三122021/8/11 星期三13硅硅是是一一种种不不活活泼泼的的非非金金属属,一一般般情情况况下下不不易易参参加加化化学学反反应应,常常温温下下与与O2、Cl2、浓、浓H2SO4、浓、浓HNO3不反应,但可与不反应,但可与NaOH溶液、氟气、氢氟酸反应。溶液、氟气、氢氟酸反应。加加热热时时,能

14、能与与氧氧气气反反应应生生成成二二氧氧化化硅硅,SiO2 SiO2,但但与与氧氧化化性性酸酸等等都不反应,工业上在电炉中用碳还原二氧化硅可制得粗硅:都不反应,工业上在电炉中用碳还原二氧化硅可制得粗硅:2CSiO2 Si2CO。二二氧氧化化硅硅也也是是一一种种原原子子晶晶体体,不不溶溶于于水水,熔熔点点高高,硬硬度度大大,由由于于二二氧氧化化硅硅中中的的硅硅氧氧键键键键能能很很大大,所所以以它它的的化化学学性性质质稳稳定定,除除氢氢氟氟酸酸外外不不与与其其他他酸酸反反应应;二氧化硅是硅酸的酸酐,能与强碱或碱性氧化物反应生成硅酸盐;二氧化硅是硅酸的酸酐,能与强碱或碱性氧化物反应生成硅酸盐;2021

15、/8/11 星期三14SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO2CaO CaSiO3二二氧氧化化硅硅与与氢氢氧氧化化钠钠反反应应的的产产物物硅硅酸酸钠钠,可可溶溶于于水水,有有粘粘合合作作用用,是是一一种种不不燃燃、不不腐腐的的矿矿物物胶胶,所所以以实实验验室室盛盛碱碱溶溶液液的的试试剂剂瓶瓶常常用用橡橡皮皮塞塞,而而不不用用玻玻璃璃塞。塞。将将CO2通通入入硅硅酸酸钠钠溶溶液液可可生生成成白白色色絮絮状状沉沉淀淀H4SiO4,说说明明硅硅酸酸的的酸酸性性比比碳碳酸酸还还弱,弱,H4SiO4易失水生成易失水生成H2SiO3。2021/8/11 星期三15【例【例1】(2010原创原创)下

16、下列列说说法正确的是法正确的是()A二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟碱反二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟碱反应应,但不能与任何酸反,但不能与任何酸反应应B根据反根据反应应SiO2CaCO3 CaSiO3CO2可推知硅酸酸性比碳酸可推知硅酸酸性比碳酸强强C二氧化碳通入硅酸二氧化碳通入硅酸钠钠溶液中可以制得硅酸溶液中可以制得硅酸D晶体硅常被用来制造光晶体硅常被用来制造光导纤维导纤维2021/8/11 星期三16解解析析:二二氧氧化化硅硅是是酸酸性性氧氧化化物物,但但它它可可以以与与氢氢氟氟酸酸发发生生反反应应。SiO24HF=SiF42H2O;反反应应SiO2CaCO3 CaSiO3CO2只只有有在在

17、高高温温下下才才能能进进行行,由由于于CO2是是气气体体,生生成成后后脱脱离离反反应应体体系系使使反反应应得得以以继继续续进进行行,但但这这不不能能说说明明硅硅酸酸的的酸酸性性比比碳碳酸酸的的酸酸性性强强;要要比比较较硅硅酸酸和和碳碳酸酸的的酸酸性性强强弱弱就就是是要要比比较较它它们们在在水水溶溶液液中中电电离离出出H的的难难易易程程度度,如如CO2H2ONa2SiO3=Na2CO3H2SiO3,符符合合强强酸酸制制弱弱酸酸的的规规律律,也也可可说说明明碳碳酸酸的的酸酸性性比比硅硅酸酸的的强强;SiO2是是光光导导纤纤维维的的主主要要成成分分,光光导导纤纤维维可可以以用用SiO2来制取。来制取

18、。答案:答案:C2021/8/11 星期三17硅及其化合物知识中的特例硅及其化合物知识中的特例1非金属单质一般为绝缘体非金属单质一般为绝缘体(如硫如硫),但,但Si却为半导体。却为半导体。2非金属单质与碱反应一般是非金属发生歧化反应非金属单质与碱反应一般是非金属发生歧化反应(非金属单质既作氧化剂,非金属单质既作氧化剂,又作还原剂又作还原剂),而,而Si与碱液反应却只作还原剂。与碱液反应却只作还原剂。Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(Cl22NaOH=NaClONaClH2O)2021/8/11 星期三183C、Si同属同属A族,还原性是族,还原性是Si大于大于C,而,而C却能将却能将

19、Si从从SiO2中还原出来中还原出来(条件是高温条件是高温),原因是产物,原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出。气体迅速从反应体系中逸出。SiO22C Si2CO4非非金金属属单单质质一一般般不不跟跟非非氧氧化化性性酸酸作作用用,而而Si却却能能与与HF发发生生反反应应。Si4HF=SiF42H25酸酸性性氧氧化化物物一一般般不不与与酸酸发发生生非非氧氧化化还还原原反反应应,但但SiO2却却能能与与HF作作用用。SiO24HF=SiF42H2O6无机酸一般易溶于水,而无机酸一般易溶于水,而H2SiO3及及H4SiO4却难溶于水。却难溶于水。7“玻玻璃璃非非玻玻璃璃,名名碱碱却却是是盐盐”,这

20、这是是Na2SiO3的的写写照照,该该物物质质的的水水溶溶液液俗俗名名为为“水水玻玻璃璃”,但但它它与与玻玻璃璃却却大大相相径径庭庭;Na2SiO3因因水水解解显显碱碱性性,俗俗名名“泡泡花花碱碱”,但它却不是碱,而是盐。,但它却不是碱,而是盐。2021/8/11 星期三191下下列列说说法正确的是法正确的是()A二氧化硅溶于水二氧化硅溶于水显显酸性,所以二氧化硅属于酸性氧化物酸性,所以二氧化硅属于酸性氧化物B二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸C二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸D因因为为高温高温时时二氧化硅与碳酸二氧化硅与碳

21、酸钠钠反反应应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性放出二氧化碳,所以硅酸的酸性 比碳酸比碳酸强强解解析析:二二氧氧化化硅硅不不溶溶于于水水,能能溶溶于于氢氢氟氟酸酸:SiO24HF=SiF42H2O,碳碳酸酸钠钠与与二二氧氧化化硅硅在在高高温温下下能能反反应应是是因因为为产产生生的的CO2气气体体不不断断逸逸出出,使使化化学学平平衡不断向生成物的方向移动,故衡不断向生成物的方向移动,故A、B、D不正确。不正确。答案:答案:C2021/8/11 星期三20硅硅与与二二氧氧化化硅硅都都是是原原子子晶晶体体,其其结结构构模模型型可可由由金金刚刚石石的的结结构构类类推推,如如果果将将金金刚刚石石结结构构中中的

22、的碳碳原原子子全全部部用用硅硅原原子子代代换换,则则为为硅硅晶晶体体,在在硅硅晶晶体体中中,每每两两个个硅硅原原子子之之间间夹夹一一个个氧氧原原子子,即即为为二二氧氧化化硅硅。由由于于键键长长:SiSiSiCCC,所以,其硬度和熔、沸点:硅晶体碳化硅金刚石。,所以,其硬度和熔、沸点:硅晶体碳化硅金刚石。注:注:二氧化硅的熔、沸点比硅低。二氧化硅的熔、沸点比硅低。2021/8/11 星期三211金金刚刚石石与与晶晶体体硅硅的的结结构构相相似似,它它们们都都是是以以4个个共共价价键键形形成成的的正正四四面面体体空空间间网状结构,键角均为网状结构,键角均为10928。2CO2和和SiO2的的结结构构

23、不不同同,CO2具具有有分分子子结结构构,其其结结构构式式为为O=C=O,电电子子式式为为 ,直直线线形形分分子子,常常温温下下为为气气体体,而而SiO2无无分分子子结结构构,它它以以SiO4四面体为基本结构单元。四面体为基本结构单元。OSiO夹角为夹角为10928,每个每个O原子又同时连接原子又同时连接2个硅原子。个硅原子。2021/8/11 星期三22【例【例2】1 mol SiO2晶晶体中含有体中含有SiO共价键的物质的量是共价键的物质的量是()A1 mol B2 mol C3 mol D4 mol解解析析:1 mol SiO2中中含含有有4 mol共共价价键键。在在SiO2晶晶体体中中

24、,是是由由许许多多个个SiO4四四面面体体组组成成的的。每每个个Si原原子子周周围围结结合合着着4个个O原原子子,同同时时每每个个O原原子子又又与与两两个个Si原原子子结结合合,如如:每每个个四四面面体体均均以以Si原原子子为为中中心心,包包括括4个个SiO键。键。答案:答案:D2021/8/11 星期三2321 mol晶晶体硅中含有体硅中含有SiSi键键的数目是的数目是(设设阿伏加德阿伏加德罗罗常数常数为为NA)()A0.5NA BNA C2NA D4NA解解析析:晶晶体体硅硅结结构构与与金金刚刚石石相相似似,每每个个硅硅原原子子与与另另外外4个个硅硅原原子子相相连连,SiSi键键夹夹角角1

25、0928。其其中中在在计计数数时时,每每个个SiSi键键数数过过2次次,总总数数应应减减半。半。SiSi键数目为键数目为2NA。答案:答案:C2021/8/11 星期三24【例【例1】(2010模拟精选,广东中山模拟模拟精选,广东中山模拟)下下列列说说法中,不正确的是法中,不正确的是()ASiO2和和CO2都是酸性氧化物,均可与都是酸性氧化物,均可与NaOH溶液反溶液反应应BSiO2不能与任何酸不能与任何酸发发生反生反应应CSiO2和和CO2在一定条件下,均可与在一定条件下,均可与CaO发发生反生反应应DSiO2不溶于水,而不溶于水,而CO2可与水反可与水反应应,生成,生成H2CO3 解析:解

26、析:SiO2是一种酸性氧化物,但是可与是一种酸性氧化物,但是可与HF溶液发生反应,生成溶液发生反应,生成SiF4和和H2O,答,答案为案为B。答案:答案:B2021/8/11 星期三25高分策略高分策略本题考查了二氧化碳与二氧化硅的属类及性质。比较时要从二者的物质类别和结本题考查了二氧化碳与二氧化硅的属类及性质。比较时要从二者的物质类别和结构类型去分析,同时要注意二者物理、化学性质差异的合理解释。构类型去分析,同时要注意二者物理、化学性质差异的合理解释。2021/8/11 星期三26【例【例2】(19分分)获获取知取知识识和信息是和信息是现现代人不可缺少的素代人不可缺少的素质质,信息,信息产业

27、产业的的飞飞速速发发展展离不开材料科学的推离不开材料科学的推动动。(1)光光导纤维导纤维是一种能高是一种能高质质量量传导传导光的玻璃光的玻璃纤维纤维,利用光,利用光缆缆通通讯讯,能同,能同时传输时传输大量信息。制造光大量信息。制造光纤电缆纤电缆的主要原材料的化学式是的主要原材料的化学式是_,它属于它属于_材料。材料。2021/8/11 星期三27(2)信信息息产业产业的核心材料是高的核心材料是高纯纯度的硅,高度的硅,高纯纯度的度的单单晶硅生晶硅生产产方法之一:方法之一:SiO2 (粗硅粗硅)SiHCl3(沸点沸点31.5)Si超超纯纯硅硅(多晶硅多晶硅)单单晶硅晶硅近代用得近代用得较较多的另一

28、种方法多的另一种方法(之二之二)是:用金属硅化物是:用金属硅化物(Mg2Si)与与盐盐酸作用制得硅酸作用制得硅烷烷,再再热热分解硅分解硅烷烷可得高可得高纯纯硅。硅。单单晶硅可用来制作大晶硅可用来制作大规规模集成模集成电电路、整流器等,硅路、整流器等,硅纯纯度越高,大度越高,大规规模集成模集成电电路的性能就越好。路的性能就越好。根据上述信息回答以下根据上述信息回答以下问题问题:2021/8/11 星期三28从从方法一生方法一生产单产单晶硅的晶硅的过过程看,由碳程看,由碳还还原得到的硅原得到的硅为为何何还还要要进进一步一步处处理?理?_。写出方法二中,生写出方法二中,生产产高高纯纯硅的两个化学反硅

29、的两个化学反应应方程式:方程式:_。_。2021/8/11 星期三292021/8/11 星期三30(1)根据二氧化硅的主要用途进行判断根据二氧化硅的主要用途进行判断。(2)由方法一生产单晶硅的过程看,由碳由方法一生产单晶硅的过程看,由碳还原得到的是粗硅,还要进行除杂处理,杂质为二氧化硅和炭等。杂质如果不易还原得到的是粗硅,还要进行除杂处理,杂质为二氧化硅和炭等。杂质如果不易除去,则可以考虑将所需物质从混合物中分离出来除去,则可以考虑将所需物质从混合物中分离出来。(3)根据信息先判断反应物与根据信息先判断反应物与产物的种类,再书写化学方程式。产物的种类,再书写化学方程式。(1)二氧化硅的性质和

30、用途。二氧化硅的性质和用途。(2)生产硅的流程。生产硅的流程。2021/8/11 星期三31(1)SiO2无无机非金属机非金属(2)由由C还还原原SiO2得到的得到的单质单质硅中,硅中,杂质杂质含量含量过过高,将它用高,将它用HCl、Cl2处处理得到低理得到低沸点沸点SiHCl3,便于蒸,便于蒸发发提提纯纯,然后再,然后再还还原得高原得高纯纯硅硅Mg2Si4HCl=4HCl=2MgCl2SiH4SiH4 Si2H2 本题是利用工业上二氧化硅来制备纯硅的流程为载体,考查了二氧化硅与硅的相本题是利用工业上二氧化硅来制备纯硅的流程为载体,考查了二氧化硅与硅的相关性质。同时也锻炼了学生接受信息和处理信息的能力。关性质。同时也锻炼了学生接受信息和处理信息的能力。2021/8/11 星期三32

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