《无机非金属材料的主角硅》学案4(人教版必修1)正式版(共21页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一节 无机非金属材料的主角硅【高考目标定位】考纲导引考点梳理1.了解C,Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2. 了解C,Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。1.碳、硅。2.CO2和SiO2。3.硅酸和硅酸盐。4.无机非金属材料。【考纲知识梳理】一、硅及其化合物之间的相互转化关系二、碳的氧化物(CO、CO2)性质的比较:氧化物一氧化碳二氧化碳物理性质无色无味气体、有毒、难溶于水,能与人体中血红蛋白迅速结合,是一种严重的大气污染物无色略带酸味气体,无毒,能溶于水,固态时俗称“干冰”。 是产生温室效应的气体之一。化学性质1 可燃性2 还原性:(CuO、F
2、e2O3、H2O反应)3 不成盐氧化物1 不能燃烧2 与C、Mg等反应,表现氧化性3 酸性氧化物(与碱反应)实验室制法浓硫酸 HCOOH CO + H2OCaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2收集方法排水法向上排空气法检验方法点燃后在火焰上分别罩上干燥的烧杯和沾有澄清石灰水的烧杯使澄清石灰水变浑浊用途燃料、化工原料化工原料、灭火等相互转化C + CO2 2CO (高温) 2CO + O2 2CO2(点燃)三、CO2和SiO2物 质二氧化硅二氧化碳化学式SiO2CO2晶体类型原子晶体分子晶体物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低,常温下为气体,微溶于水与水
3、反应不反应CO2 + H2O H2CO3与酸反应SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O不反应与碱反应SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O高温盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O或CO2 + NaOH = 2NaHCO3与盐反应SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2高温SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2HClOCO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3与碱性氧化物反应高温SiO2 + CaO CaSiO3CO2 + Na2
4、O Na2CO3四、硅、硅酸及硅酸盐:1.硅:单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅为原子晶体,灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝缘体之间,是常用的半导体材料。化学性质:常温Si + 2F2 = SiF4 ;Si + 4HF = SiF4 + 2H2 ;Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2高温加热:Si + O2 SiO2; Si + 2Cl2 SiCl4 ;Si + 2H2 SiH4 。自然界中无游离态高温的硅,工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅制取粗硅:SiO2 + 2C Si + 2CO2.硅酸(H2SiO3或原硅酸H4SiO4):难溶于
5、水的弱酸,酸性比碳酸还弱。3.硅酸钠:溶于水,其水溶液俗称“水玻璃”,是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性较强的酸反应:Na2SiO3 + 2HCl H2SiO3(白)+ 2NaCl;Na2SiO3 + CO2 + H2O H2SiO3+ Na2CO3五、水泥、玻璃和陶瓷等硅酸盐产品的主要化学成分、生产原料及其用途硅酸盐材料是传统的无机非金属材料:玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品,比较如下(表186)硅酸盐产品水 泥玻 璃原 料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英反应原理发生复杂的物理化学变化(不作要求)高温SiO2 + Na2CO3 Na2SiO
6、3 + CO2高温SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2主要设备水泥回转窑玻璃窑主要成分3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温陶瓷生产的一般过程:混合成型干燥烧结冷却陶瓷,随着现代科学技术的发展,一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等相继被生产出来。【要点名师精解】(一)硅1.存在:自然界中仅有态存在,地壳里硅的含量居第位。2.晶体结构:晶体硅与金刚石结构相似:属于晶体,该晶体中每个硅原子以键与个硅原子相连构成一个小正四面体,以此为单元向空间无限延伸构成空间网状结构。由
7、于,晶体硅的熔沸点或硬度均低于或小于金刚石。3.物理性质:【例1】下列物质:H3O+晶体硅 金刚石 CH4NH4+CHCl3NH3,其中晶体或分子的空间结构均不属于正四面体的是 ( )A. B. C. D.答案:C4.化学性质:(完成下列方程式)常温下(F2、HF和强碱)加热或高温下(O2、Cl2反应)5.工业制备:思考与交流:硅和铝有哪些相同点、不同点?(二)二氧化硅1. 二氧化硅的晶体结构在SiO2晶体中一个Si原子跟四个O原子形成个共价键,即每1个Si原子周围结合个O原子,同时每个O原子跟个Si原子相结合。二氧化硅晶体中Si原子与O原子以的比率组成立体网状结构的原子晶体。晶体中1个Si原
8、子与周围的4个O原子形成结构2. 物理性质:3. 化学性质:a.弱氧化性:b.具有酸性氧化物的通性:c.与酸反应:SiO2+HF-4. 用途:_例2. 下列说法正确的是( )A二氧化硅溶于水显酸性,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C二氧化碳通入水玻璃可能得到原硅酸D因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强答案:A(三)硅酸、原硅酸1. 硅酸(H2SiO3)、原硅酸(H4SiO4)的性质:2. 硅酸(H2SiO3)的制备:(四)硅酸盐1. 硅酸钠水溶液叫水玻璃。在空气中会变质,反应式为:。2. 硅酸盐氧化物表示法:金属氧化物SiO2H2O
9、硅酸钠(Na2SiO3)可表示为:;正长石(KAlSi3O8)可表示为:。高岭石Al2(Si2O5)(OH)4可表示为:;3. 硅酸盐的用途:a.土壤保肥 b. 硅酸盐产品:硅酸盐产品主要原料设备反应原理主要成分特性水泥玻璃陶瓷不作要求不作要求例3. 不能用磨口玻璃瓶贮存的一组物质是 ( ) A溴水 氯水 碘水 B氢溴酸 盐酸 氢硫酸C浓硫酸 浓硝酸 浓盐酸 DNaOH溶液 Na2CO3溶液 水玻璃答案:D玻璃是石英砂和碳酸钠熔融所得的硅酸钠熔体,水玻璃是硅酸钠溶液,磨口瓶因磨砂使表面积增大,容易粘连。玻璃瓶与溶液含同种物质,易发生扩散,硅酸钠呈碱性。【感悟高考真题】1(2010全国卷1)下列
10、叙述正确的是ALi在氧气中燃烧主要生成B将SO2通入溶液可生成沉淀C将CO2通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸D将NH3通入热的CuSO4溶液中能使Cu2+还原成Cu【解析】A错误,因为Li在空气中燃烧只能生成Li2O,直接取材于第一册课本第二章第三节; B错误,酸性:HClH2SO3H2CO3所以通入后无BaSO3沉淀,因为BaSO3+2HCl=BaCl2+H2O+SO2;D错误,溶液中该反应难以发生,先是:2NH3+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2+(NH4)2SO4,接着Cu(OH)2CuO+H20,溶液中NH3不能还原CuO为Cu,要还原必须是干燥的固态!C正确,强酸制弱酸,酸性:H2C
11、O3HClO,反应为:CO2+H20+Ca(ClO)2=CaCO3+2HClO,直接取材于课本第一册第四章第一节;【答案】C【命题意图】考查无机元素及其化合物,如碱金属,氯及其化合物,碳及其化合物,硫及其化合物,氮及其化合物等A、B、C选项直接取材于高一课本,D取材于高二第一章氮族。【点评】再次印证了以本为本的复习策略,本题四个选项就直接取材于课本,属于简单题,不重视基础,就有可能出错!3.(2010福建卷)下列各组物质中,满足下图物质一步转化关系的选项是XYZANaNaOHNaHCO3BCuCuSO4Cu(OH)2CCCOCO2DSiSiO2H2SiO3解析:本题考察考生对常见元素及其化合物
12、知识的掌握情况,可用代入法,即把各选项中的X,Y,Z带入又吐的圆圈中进行判断,C中CO2在一定条件下与单质钠反应可以生成金刚石和碳酸钠。答案:C4.(2010山东卷)下列推断正确的是ASiO2 是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应BNa2O、Na2O2组成元素相同,与 CO2反应产物也相同CCO、NO、 NO2都是大气污染气体,在空气中都能稳定存在D新制氯水显酸性,向其中滴加少量紫色石蕊试液,充分振荡后溶液呈红色解析:酸性氧化物能够跟碱反应,生成盐和水的氧化物,故A正确,因为, 与反应生成, 与反应除生成外,还生成,故B错;在空气中会发生反应,故C错;因为新制氯水中含有,故滴入少量的紫色石蕊的现
13、象是先变红,后褪色,故D错。答案:A5.(2010上海)下列实验过程中,始终无明显现象的是ANO2通入FeSO4溶液中 BCO2通入CaCl2溶液中CNH3通入AlCl3溶液中 DSO2通入已酸化的Ba(NO3)2溶液中答案:B解析:此题考查了常见元素化合物知识。NO2通入后和水反应生成具有强氧化性的硝酸,其将亚铁盐氧化为铁盐,溶液颜色由浅绿色变为黄色,排除A;CO2和CaCl2不反应,无明显现象,符合,选B;NH3通入后转化为氨水,其和AlCl3反应生成氢氧化铝沉淀,排除C;SO2通入酸化的硝酸钡中,其被氧化为硫酸,生成硫酸钡沉淀,排除D。易错警示:解答此题的易错点是:不能正确理解CO2和C
14、aCl2能否反应,由于盐酸是强酸,碳酸是弱酸,故将CO2通入CaCl2溶液中时,两者不能发生反应生成溶于盐酸的碳酸钙沉淀。5.(2010上海卷)胃舒平主要成分是氢氧化铝,同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8.nH2O)等化合物。1)三硅酸镁的氧化物形式为,某元素与镁元素不同周期但在相邻一族,且性质和镁元素十分相似,该元素原子核外电子排布式为。2)铝元素的原子核外共有种不同运动状态的电子、种不同能级的电子。3)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”),该元素与铝元素的最高价氧化物的水化物之间发生反应的离子方程式为:4) Al2O3、MgO和SiO
15、2都可以制耐火材料,其原因是。aAl2O3、MgO和SiO2都不溶于水bAl2O3、MgO和SiO2都是白色固体 cAl2O3、MgO和SiO2都是氧化物 dAl2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点答案:1)2MgO.3SiO.nH2O、1s22s1;2)13、5;3)大、Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O;4)ad。解析:此题考查了硅化合物、元素周期表、原子的核外电子排布、原子的核外电子运动状态、元素周期律等知识。1)根据胃舒平中三硅酸镁的化学式和书写方法,其写作:2MgO.3SiO.nH2O;与镁元素在不同周期但相邻一族的元素,其符合对角线规则,故其是Li,其核外电子排布为:1s
16、22s1;2)中铝元素原子的核外共有13个电子,其每一个电子的运动状态都不相同,故共有13种;有1s、2s、2p、3s、3p共5个能级;3)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;两者氢氧化物反应的离子方程式为:Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O;4)分析三种氧化物,可知三者都不溶于水且都具有很高的熔点。技巧点拨:硅酸盐用氧化物的形式来表示组成的书写顺序是:活泼金属氧化物较活泼金属氧化物非金属氧化物二氧化硅水,并将氧化物的数目用阿拉伯数字在其前面表示。比如斜长石KAlSi3O8:K2OAl2O36SiO2。6.(2010上海卷)向盛有KI溶液的试管中加入少
17、许CCl4后滴加氯水,CCl4层变成紫色。如果继续向试管中滴加氯水,振荡,CCl4层会逐渐变浅,最后变成无色。完成下列填空:1)写出并配平CCl4层由紫色变成无色的化学反应方程式(如果系数是1,不用填写):2)整个过程中的还原剂是。3)把KI换成KBr,则CCl4层变为_色:继续滴加氯水,CCl4层的颜色没有变化。Cl2、HIO3、HBrO3氧化性由强到弱的顺序是。4)加碘盐中含碘量为20mg50mgkg。制取加碘盐(含KIO3的食盐)1000kg,若庄Kl与Cl2反应制KIO3,至少需要消耗Cl2L(标准状况,保留2位小数)。答案:1)I2+5Cl2+6H2O2HIO3+10HCl;2)KI
18、、I2;3)红棕、HBrO3Cl2HIO3;4)10.58。解析:此题考查氧化还原反应的配平、氧化剂和还原剂、氧化性强弱的判断、化学计算知识。分析反应从开始滴加少许氯水时,其将KI中的I元素氧化成碘单质;等CCl4层变紫色后,再滴加氯水时,其将碘单质进一步氧化成碘酸。1)根据氧化还原反应方程式的配平原则,分析反应中的化合价变化,I元素的化合价从0+5,升高5价,Cl元素的化合价从0-1,降低1价,综合得失电子守恒和质量守恒,可配平出:I2+5Cl2+6H2O2HIO3+10HCl;2)分析整个过程中化合价升高的都是I元素,还原剂为:KI和I2;3)KI换成KBr时,得到的是溴单质,则其在CCl
19、4中呈红棕色;继续滴加氯水时,颜色不变,可知氯水不能将溴单质氧化成HBrO3,故其氧化性强弱顺序为:HBrO3Cl2HIO3;4)综合写出反应方程式:KI+3Cl2+3H2O=KIO3+6HCl,根据化学方程式计算,按最小值计算时,1000kg加碘食盐中含碘20g,根据质量守恒,可知:换算成碘酸钾的质量为:33.70g,物质的量为:0.16mol,则需要消耗Cl2的体积为:(20g/127g.mol-1)322.4L/mol=10.58L。解法点拨:守恒定律是自然界最重要的基本定律,是化学科学的基础。在化学反应中,守恒包括原子守恒、电荷守恒、得失电子守恒等。任何化学反应在反应前后应遵守电荷或原
20、子守恒。电荷守恒即反应前后阴阳离子所带电荷数必须相等;原子守恒(或称质量守恒),也就是反应前后各元素原子个数相等;得失电子守恒是指在氧化还原反应中,失电子数一定等于得电子数,即得失电子数目保持守恒。比如此题中我们就牢牢抓住了守恒,简化了计算过程,顺利解答。7.(09广东理基)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料ABCD答案:C8.(09江苏)下列所列各组物质中,物质之间通过一步反应就能实现如图所示转化的是abcAAlAlCl3Al(OH)3BHNO3NONO2CS
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