1.結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究,了解硅及其化合物的主要性質(zhì)。2.認(rèn)識(shí)硅和無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。
考點(diǎn)二　無機(jī)非金屬材料
1.硅單質(zhì)的性質(zhì)和用途
Si+2NaOH+H2O══ Na2SiO3+2H2↑
2.二氧化硅的性質(zhì)和用途
SiO2+4HF══ SiF4↑+2H2O
考向1 硅和二氧化硅的性質(zhì)及應(yīng)用例1(2024·湖南懷化高三模擬)下列關(guān)于硅及其化合物的敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.硅是良好的半導(dǎo)體材料B.二氧化硅屬于酸性氧化物C.硅酸的酸性比碳酸的酸性弱D.常溫下,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,不與任何物質(zhì)反應(yīng)
解析 硅是良好的半導(dǎo)體材料,故A正確;二氧化硅能與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水,是酸性氧化物,故B正確;非金屬性:SiH2SiF6D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,生成1.12 L H2時(shí),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2 ml
解析 氫氟酸能腐蝕玻璃,此反應(yīng)不能在玻璃容器中進(jìn)行,A正確;該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),不能由此反應(yīng)判斷氫氟酸是強(qiáng)酸,HF是弱酸,B錯(cuò)誤;氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物,則氧化性:HNO3>H2SiF6,C正確;據(jù)關(guān)系式Si~HNO3~H2SiF6~HNO2~H2~4e-,則標(biāo)準(zhǔn)狀況下,生成1.12 L H2(0.05 ml)時(shí),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2 ml,D正確。
考向2 高純硅的制備流程及分析例2(2023·廣東深圳期中)高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。工業(yè)上制備高純硅的流程如圖所示:
下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.步驟①、②和③中的反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)B.流程中的H2和HCl可循環(huán)利用C.步驟③中的H2不可用焦炭代替D.由步驟①中的反應(yīng)可知,碳的非金屬性比硅強(qiáng)
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2] 科學(xué)家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示:
解析 反應(yīng)②中生成的HCl在反應(yīng)①中循環(huán)利用,A正確;反應(yīng)①與反應(yīng)②對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度不一致,不是可逆反應(yīng),B錯(cuò)誤;高溫條件下,Si、SiHCl3、H2都與O2反應(yīng),故需隔絕空氣,C正確;SiO2不與HCl反應(yīng),不能通過上述途徑制硅, D正確。
硅酸鹽材料大都是混合物
1.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料(1)常見硅酸鹽材料比較
(2)玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng): ________________________________;?
2.新型無機(jī)非金屬材料
3.碳納米材料(1)碳納米材料是一類新型無機(jī)非金屬材料,主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等。(2)三類碳納米材料的比較
考向1 傳統(tǒng)硅酸鹽材料及性能例1“九秋風(fēng)露越窯開,奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句,描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品,下列有關(guān)說法中正確的是(　　)A.玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英C.硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
解析 陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品,A錯(cuò)誤;純堿、石灰石和石英是制玻璃的原料,而制水泥的原料是黏土和石灰石,B錯(cuò)誤;硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高,C正確;沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸鹽,D錯(cuò)誤。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1] 陶瓷是火與土的結(jié)晶,是中華文明的象征之一,其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色,來自氧化鐵B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品,由黏土經(jīng)高溫?zé)贫蒀.陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料,主要化學(xué)成分是硅酸鹽D.陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)
解析 “雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關(guān),而氧化鐵顯紅棕色,A錯(cuò)誤;秦兵馬俑是陶制品,由黏土經(jīng)高溫?zé)贫?B正確;陶瓷以黏土為原料,經(jīng)高溫?zé)贫?屬于人造材料,主要成分是硅酸鹽,C正確;陶瓷主要成分是硅酸鹽,硅酸鹽中硅元素化合價(jià)處于最高價(jià),化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn),D正確。
考向2 新型無機(jī)非金屬材料的性能及應(yīng)用例2(2023·廣東廣州期中)硅是組成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素,下列有關(guān)硅的化合物的敘述錯(cuò)誤的是(　　)A.氮化硅陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料,其化學(xué)式為Si3N4B.碳化硅(SiC)的硬度大,熔點(diǎn)高,可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C.石墨烯是一種性能優(yōu)異的新型材料,可應(yīng)用于電容器和電池方面D.氮化硅、氧化鋁、碳化硅和二氧化鋯(ZrO2)都可用作制高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的材料
解析 氮化硅中各元素的原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),硅原子最外層電子數(shù)為4,氮原子最外層電子數(shù)為5,要形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),則應(yīng)有二者個(gè)數(shù)的比為3∶4,其化學(xué)式為Si3N4,A正確;碳化硅(SiC)為共價(jià)晶體,熔點(diǎn)高,可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承,B正確;石墨烯是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料,石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性,但不是含硅物質(zhì),C錯(cuò)誤;氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)均屬于共價(jià)晶體,氧化鋁(Al2O3)和二氧化鋯(ZrO2)均屬于離子晶體,熔點(diǎn)高,都可用作制高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的材料,D正確。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2] 材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示。
下列有關(guān)說法正確的是(　　)A.石墨烯是一種新型化合物B.氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C.二者和石墨都是碳的同素異形體D.氧化石墨烯具有一定的親水性
解析 石墨烯是碳的單質(zhì),A錯(cuò)誤;氧化石墨烯因?yàn)檫€含有氫元素,故不是石墨烯的氧化物,也不是碳的同素異形體,B、C錯(cuò)誤;由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基和羧基等親水基團(tuán),所以它具有一定的親水性,D正確。
進(jìn)階1 練易錯(cuò)·避陷阱1.宋代五大名窯分別為鈞窯、汝窯、官窯、定窯和哥窯。其中鈞窯以“入窯一色,出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是(　　)A.窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化B.氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料C.高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透,屬于純凈物D.陶瓷屬于硅酸鹽材料,耐酸堿腐蝕,但是不能用來盛裝氫氟酸
解析 不同的金屬氧化物顏色可能不同,在高溫下,釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化稱為窯變,A正確;新型無機(jī)非金屬材料主要有先進(jìn)陶瓷、非晶體材料、人工晶體、無機(jī)涂層、無機(jī)纖維等,氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料,B正確;瓷器主要是黏土燒結(jié)而成,瓷器中含有多種硅酸鹽和二氧化硅,是混合物,C錯(cuò)誤;HF能與二氧化硅反應(yīng),陶瓷的成分是硅酸鹽和二氧化硅,故陶瓷不能用來盛裝氫氟酸,D正確。
2.“中國芯”的發(fā)展離不開高純單晶硅。從石英砂(主要成分為SiO2)制取高純硅涉及的主要反應(yīng)用流程圖表示如下:
下列說法不正確的是(　　)A.反應(yīng)①中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2B.上述流程中,HCl和H2可以循環(huán)利用C.從基本反應(yīng)類型角度,反應(yīng)①②③均為置換反應(yīng)D.從能量變化角度,由反應(yīng)②③推測(cè),反應(yīng)③是放熱反應(yīng)
解析 ①中SiO2與C反應(yīng)生成Si和CO,氧化劑是SiO2,還原劑是C,據(jù)得失電子守恒可知,SiO2和C的物質(zhì)的量之比為1∶2,A正確;②中消耗HCl生成H2,③中消耗H2生成HCl,故流程中HCl和H2可以循環(huán)利用,B正確;反應(yīng)①②③均符合“單質(zhì)+化合物→新單質(zhì)+新化合物”,故屬于置換反應(yīng),C正確;反應(yīng)③在1 100 ℃下,SiHCl3與H2生成高純硅和HCl,該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),D錯(cuò)誤。
進(jìn)階2 練熱點(diǎn)·提素能3.近年來科學(xué)家制造出大量的新物質(zhì),對(duì)下列三種物質(zhì)的相關(guān)說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.石墨烯具有良好的導(dǎo)電性B.上述三種物質(zhì)與金剛石互為同素異形體C.石墨炔孔徑略大于H2分子的直徑,可作H2的提純薄膜D.上述三種物質(zhì)與濃硫酸都能發(fā)生反應(yīng),但反應(yīng)產(chǎn)物不同
解析 同種元素的不同單質(zhì)互稱同素異形體,B正確;碳原子半徑大于氫原子,則石墨炔孔徑大于H2分子的直徑,可以通過H2分子,C正確;碳與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物均為二氧化碳、二氧化硫和水,D錯(cuò)誤。
進(jìn)階3 研真題·明考向5.(2023·廣東卷)“高山流水覓知音”。下列中國古樂器中,主要由硅酸鹽材料制成的是(　　)
解析 九霄環(huán)佩木古琴主要構(gòu)成是木材,琴弦由動(dòng)物筋制得,A錯(cuò)誤;裴李崗文化骨笛由動(dòng)物骨骼構(gòu)成,B錯(cuò)誤;商朝后期陶塤屬于陶瓷,由硅酸鹽制成,C正確;曾侯乙青銅編鐘主要由青銅合金材料制成,D錯(cuò)誤。

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