【高中化學(xué)】一輪復(fù)習(xí)學(xué)案：4.1 無機非金屬材料的主角——硅(必修1)

1、第四章 非金屬及其化合物第一節(jié) 無機非金屬材料的主角硅【高考新動向】考點梳理1.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3.了解常見無機非金屬材料的性質(zhì)和用途【考綱全景透析】一、C、Si單質(zhì)性質(zhì)及其用途的比較。1.物理性質(zhì)碳硅存在形態(tài)既有游離態(tài)，又有化合態(tài)；主要單質(zhì)有：金剛石、石墨、C60等同素異形體在地殼中的含量僅次于氧，全部以化合態(tài)存在；主要單質(zhì)有：晶體硅和無定性硅兩大類單質(zhì)的物理性質(zhì)金剛石熔點很高，硬度很大；石墨熔點很高（比金剛石高）硬度較小，能導(dǎo)電，有滑膩感。晶體硅，灰黑色，有金屬光澤；與金剛石相似，熔點很高，硬度很大；是良好的半

2、導(dǎo)體材料。用途金剛石用作切割工具；石墨用作電極、鉛筆芯。含硅4的硅鋼具有很高的導(dǎo)磁性，主要用作變壓器鐵芯；含硅15的硅鋼具有很好的耐酸性能，作為耐酸材料；制光電池等2.化學(xué)性質(zhì)(1)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)還原性與O2反應(yīng)：O2不足：2C+O2點燃 2CO；O2充足：C+O2 點燃 CO2與其他物質(zhì)反應(yīng)：a.與CuO反應(yīng)：2CuO+C 2Cu+CO2 (可用于某些金屬的冶煉)；b.與CO2反應(yīng)：CO2+C 高溫 2CO；c.與水蒸氣反應(yīng)：C+H2O(g)高溫 CO+H2 (用于生產(chǎn)水煤氣)；d.與濃硫酸反應(yīng)：C+2H2SO4(濃) CO2+2SO2+2H2O。(2)硅的化學(xué)性質(zhì)還原性 與氫氟酸反應(yīng)：S

3、i+4HF=SiF4+2H2；與NaOH溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2;與O2反應(yīng)：Si+O2 SiO2。二、CO2和SiO2的比較物 質(zhì)二氧化硅二氧化碳晶體類型原子晶體分子晶體物理性質(zhì)硬度大、熔沸點高、常溫下為固體、不溶于水熔沸點低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2 + H2O H2CO3與酸反應(yīng)SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O不反應(yīng)與堿反應(yīng)高溫SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O高溫盛堿液的試劑瓶用橡皮塞CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O或CO2 + NaOH = 2NaHCO3與鹽反應(yīng)SiO

4、2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2高溫SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2HClOCO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)SiO2 + CaO CaSiO3 CO2 + Na2O Na2CO3與碳反應(yīng)CO2+C高溫 2CO；主要用途化工原料、滅火劑。干冰用作制冷劑，人工降雨。制光學(xué)儀器、石英玻璃。水晶可制作飾品，常用來制造通訊材料光導(dǎo)纖維。 3、硅酸及硅酸鹽（1）硅酸物理性質(zhì)：與一般的無機含氧酸不同，硅酸難溶于水?；瘜W(xué)性質(zhì)：a.弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，與NaOH

5、溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H2SiO3+2NaOH= Na2SiO3+2H2O。b.不穩(wěn)定性：受熱易分解，化學(xué)方程式為：H2SiO3 H2O+ SiO2。制備：通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，如Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3+2HCl= H2SiO3+2NaCl用途：硅膠可用作干燥劑、催化劑的載體等。2、硅酸鹽硅酸鹽：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱水玻璃，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。硅酸鹽組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉（Na2SiO3）可表示為Na2O

6、SiO2。長石（KAlSi3O8）可表示為K2OAl2O36SiO2。（注意：硅酸鹽寫法與氧化物寫法中各元素的化合價保持不變，原子個數(shù)比相等；表示順序一般為：活潑金屬的氧化物較活潑金屬的氧化物二氧化硅水。三、常見無極非金屬材料及其主要用途1.傳統(tǒng)的無極非金屬材料硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機非金屬材料：玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和長石等為原料生產(chǎn)的硅酸鹽制品，比較如下硅酸鹽產(chǎn)品水 泥玻 璃陶瓷原 料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土反應(yīng)原理發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化（不作要求）高溫高溫SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2主要設(shè)

7、備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯主要成分3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反應(yīng)條件高溫高溫高溫(2)主要用途陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也廣泛應(yīng)用于生活中。2.特殊功能的含硅物質(zhì)(1)碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。(2)含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。(3)硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質(zhì)?！緹狳c難點全析】1. 硅及其化合物的特殊性質(zhì)1.硅(1)硅的非金屬性弱于碳，但碳在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)，而硅卻只有化合態(tài)。(2)硅的還原性強于碳，但碳能還原SiO2：SiO2+2C 2CO+Si 。(3)非金屬單質(zhì)跟堿溶一般無H2產(chǎn)生，但Si能跟堿

8、溶液放出H2：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。(4)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應(yīng)，但硅能跟氫氟酸反應(yīng)。(5)非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但硅為半導(dǎo)體。2.二氧化硅(1)非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiO2的熔點卻很高。(2)酸性氧化物一般不跟酸反應(yīng)，但SiO2能跟氫氟酸反應(yīng)。3.硅酸(1)無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。(2)H2CO3的酸性強于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3，但在高溫下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2能發(fā)生是因為生成的CO2容易揮發(fā)?！镜淅?】某氧化物不溶于水，溶于熔化的NaOH中，

9、生成易溶于水的化合物，向稀鹽酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀產(chǎn)生，則原氧化物是()AAl2O3 BMgOCSiO2 DFe2O3答案C解析能與NaOH反應(yīng)的氧化物有Al2O3、SiO2，生成物分別為NaAlO2和Na2SiO3，但由于題目中是向稀鹽酸中加所生成化合物的水溶液，即鹽酸過量，NaAlO2與過量鹽酸反應(yīng)生成AlCl3，無沉淀，Na2SiO3與鹽酸反應(yīng)生成H2SiO3白色沉淀，故選C。二、CO2與堿的反應(yīng)及CO、HCO 的檢驗1.CO2與NaOH反應(yīng)成分的判斷(1)反應(yīng)原理NaOHNa2CO3NaHCO3(2)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷方法溶質(zhì)的成分X11NaHCO311X21N

10、aOH、Na2CO3（3）CO2與常見溶液的反應(yīng)和現(xiàn)象Ca(OH)2 或Ba(OH)2溶液CO2不足時，生成白色沉淀；CO2過量時，生成的白色沉淀消失，溶液變澄清。Na2SiO3溶液CO2不足：Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3；CO2過量：Na2SiO3+2H2O+2CO2=2NaHCO3+H2SiO3。兩種情況均生成白色膠狀沉淀。飽和Na2CO3溶液Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，有白色固體析出。2. CO、HCO的檢驗(1)CO的檢驗向待檢驗溶液中滴加一定量的Ca2或Ba2的可溶性鹽溶液，有白色沉淀生成，再加入適量的酸，白色沉淀溶解且生成無色，無味的

11、氣體，則待檢溶液中有CO。(2)HCO的檢驗向待檢驗溶液中滴加足量的Ca2或Ba2的可溶性鹽溶液，無明顯現(xiàn)象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有無色、無味的氣體生成，則待檢溶液中有HCO?！镜淅?】下列說法正確的是()A將CO2通入CaCl2溶液或飽和Na2CO3溶液均有白色沉淀生成B某溶液中加入Ba(OH)2溶液中有白色沉淀，說明可能有CO不可能含有HCOC在標(biāo)準(zhǔn)狀況下將2.24 L CO2通入100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液中充分反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為：CO22OH=COH2ODNaHCO3溶液和Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鑒別答案D解析A項CO2與CaCl2不反

12、應(yīng)，無現(xiàn)象，與飽和Na2CO3溶液反應(yīng)生成溶解度更小的NaHCO3，從而析出沉淀；B項溶液中可能含CO，也可能含有HCO、SO、HSO，B錯；C項中n(CO2)n(NaOH)11，反應(yīng)應(yīng)該為CO2OH=HCO，C錯；D項，CaCl2與NaHCO3不反應(yīng)，與Na2CO3反應(yīng)生成CaCO3白色沉淀，D項正確?！靖呖剂憔嚯x】1、（2012江蘇高考13）下列根據(jù)實驗操作和現(xiàn)象所得出的結(jié)論正確的是選項實驗操作實驗現(xiàn)象結(jié) 論A向兩份蛋白質(zhì)溶液中分別滴加飽和NaCl溶液和CuSO4溶液均有固體析出蛋白質(zhì)均發(fā)生變性B向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液出現(xiàn)白色沉淀溶液X中一定含有SO42C向一定濃

13、度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2氣體出現(xiàn)白色沉淀H2SiO3的酸性比H2CO3強D向濃度均為0.1 molL1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液出現(xiàn)黃色沉淀Ksp(AgCl)Ksp(AgI)【參考答案】D【分析】本題屬于常規(guī)實驗與基本實驗考查范疇。A.向兩份蛋白質(zhì)溶液中分別滴加飽和NaCl溶液和CuSO4溶液，雖然實驗現(xiàn)象均有固體析出，但一是鹽析，一是變性；一是可逆變化，一是不可逆變化。B.向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液，出現(xiàn)白色沉淀就得出溶液X中一定含有SO42是不合理的，若溶液中有SO32也出現(xiàn)白色沉淀。C.向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO

14、2氣體，出現(xiàn)白色沉淀，結(jié)論應(yīng)為H2CO3的酸性比H2SiO3強。D.向濃度均為0.1 molL1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，出現(xiàn)黃色沉淀，說明沉淀向著溶解度更小的方向轉(zhuǎn)化，結(jié)論應(yīng)該是Ksp(AgCl)Ksp(AgI)。【備考提示】常見物質(zhì)的制備、分離提純、除雜和離子檢驗等都是學(xué)生必備的基本實驗技能，我們要在教學(xué)中不斷強化，反復(fù)訓(xùn)練，形成能力。【解題指南】解答本題時應(yīng)注意鹽析和變性的區(qū)別、硫酸根的檢驗方法、強酸制弱酸和沉淀溶解平衡的有關(guān)原理，并應(yīng)用相關(guān)原理來分析具體問題?！窘馕觥窟xD。選項具體分析結(jié)論A蛋白質(zhì)中加入輕金屬鹽發(fā)生鹽析，加入重金屬鹽發(fā)生變性錯誤B若溶液中含有SO

15、23（不含SO24），加入稀硝酸SO23被氧化為SO24，也會產(chǎn)生硫酸鋇白色沉淀錯誤C硅酸鈉溶液中通二氧化碳產(chǎn)生的白色沉淀為硅酸，根據(jù)強酸制弱酸，說明碳酸的酸性比硅酸強錯誤DCl 、I物質(zhì)的量濃度相同，氯化銀、碘化銀為同類型化合物，出現(xiàn)的黃色沉淀為碘化銀，說明碘化銀溶度積小正確2、（2012海南高考1）化學(xué)與環(huán)境密切相關(guān)，下列有關(guān)說法正確的是 ACO2屬于大氣污染物 B酸雨是pH小于7的雨水 CCO2、NO2或SO2都會導(dǎo)致酸雨的形成 D大氣中CO2含量的增加會導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇【解析】CO2不屬于大氣污染物，酸雨pH碳酸） 連接儀器、 、加藥品后，打開a關(guān)閉b，然后滴入濃硫酸，加熱。 銅與濃硫

16、酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。裝置A中試劑是 。 能說明碳的非金屬性比硅強的實驗現(xiàn)象是 。（2）驗證SO2的氧化性、還原性和酸性氧化物的通性。 在（1）操作后打開b，關(guān)閉a。 H2S溶液中有淺黃色渾濁出現(xiàn)，化學(xué)方程式是 。 BaCl2溶液中無明顯現(xiàn)象，將其分成兩份，分別滴加下列溶液，將產(chǎn)生的沉淀的化學(xué)式填入下表相應(yīng)位置。滴加的溶液氯水氨水沉淀的化學(xué)式 寫出其中SO2顯示還原性生成沉淀的離子方程式 。17.(12分)(2012濟南模擬)為了證明一氧化碳具有還原性，有人設(shè)計了下列實驗：(1)裝置B中最適宜的試劑是_。(2)裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(3)必須用裝置C吸收除去氣體中水蒸氣的理由是_

17、。(4)若根據(jù)F中石灰水變渾濁的現(xiàn)象也能確定CO具有還原性，應(yīng)在上圖中裝置_與_之間連接下列裝置中的_(填序號)。18(2012廣州模擬)世博會中國館“東方之冠”由鋼筋混凝土、7 000多塊紅色鋁板和1 200多塊玻璃等建成。(1)鋁_(填“是”或“不是”)紅色的，鋁板和玻璃均易被燒堿腐蝕，原因為_。(用化學(xué)方程式表示)(2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是_。(3)石英玻璃化學(xué)穩(wěn)定性強、膨脹系數(shù)小，是一種特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是_；有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)實際上不是硅酸鹽材料，而是一種_(選填“橡膠”、“纖維”或“塑料”)，有機玻璃是由甲基丙烯酸甲酯在一定條件下通過_

18、反應(yīng)合成的有機高分子材料。(4)要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是_。A普通玻璃坩堝 B石英玻璃坩堝C氧化鋁坩堝 D鐵坩堝【答案及解析】一、選擇題1. 【解析】選D。硅是固體，便于運輸、儲存；硅常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，是非常安全的；硅在自然界存在廣泛，硅化合物易開采，其燃燒產(chǎn)物為SiO2，對環(huán)境污染程度低；自然界沒有游離態(tài)的硅，因此，D是錯誤的。2. 【解析】選D。A選項中NO易被空氣氧化，A錯誤；B選項中KSCN溶液變紅色只能說明紅磚中含有+3價的鐵，并不能說明鐵以氧化鐵形式存在，B錯誤；C選項中通過該反應(yīng)可判斷還原性CSi,但實際上非金屬性：CSi,C錯誤；D選項正確。3. 【答案】C4.

19、 【答案】選B?！窘馕觥坑蒘iO2制取Si時要先制得粗硅，反應(yīng)為：2C+SiO2 Si+2CO，然后再進(jìn)行提純，反應(yīng)依次為Si2Cl2 SiCl4 、SiCl42H2 Si4HCl。5. 【解題指南】解答本題注意以下兩點：(1)注意各物質(zhì)的流向，明確各裝置中發(fā)生的反應(yīng)。(2)聯(lián)系反應(yīng)條件和實驗操作綜合分析。【解析】選C。將流程圖細(xì)化為下圖，問題可迎刃而解。碳酸鈣需要高溫才能分解，故A正確；循環(huán)利用的應(yīng)該有CaO和NaOH 兩種物質(zhì)，故B正確；“反應(yīng)、分離”環(huán)節(jié)中，分離的是NaOH溶液和碳酸鈣沉淀的混合物，只需過濾即可，用不到蒸發(fā)結(jié)晶，故C錯誤；D選項中工業(yè)上可用CO2制備甲醇，故D正確。6.

20、【答案】選D。【解析】A項生成Ca(HCO3)2，B項不反應(yīng)，C項生成H2O而不會生成H2。7. 【答案】選B。【解析】A項，工業(yè)制水泥的原料為石灰石和黏土，制玻璃的原料為純堿、石灰石和石英，制陶瓷是以黏土為原料，不用石灰石；B項，剛玉的主要成分是氧化鋁，紅寶石、藍(lán)寶石是含少量不同金屬氧化物的優(yōu)質(zhì)剛玉；C項，石英、硅石、水晶、瑪瑙主要成分都是SiO2，珍珠的主要成分是碳酸鈣；D項，二氧化硅是酸性氧化物，能抗鹽酸、濃硫酸、濃硝酸的腐蝕，但不能抗氫氟酸的腐蝕。8. 解析：A項，CO2為0.3 mol則每摩爾碳對應(yīng)固體摩爾質(zhì)量為27.6g/0.3 mol92g/mol，當(dāng)CaCO3、MgCO3物質(zhì)的

21、量之比為11時滿足要求，所以白云石化學(xué)式為CaCO3MgCO3；B項，殘留固體質(zhì)量為27.6g0.3 mol44g/mol14.4g；C項，所取固體質(zhì)量為27.6g的一半，最多收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2為3.36L；D項，由CO2為0.3 mol推出Ca2、Mg2共0.3 mol，對應(yīng)Cl為0.6 mol，所以27.6 g白云石完全反應(yīng)需鹽酸0.6 mol。答案：AB9. 解析：合金的熔點一般比組成合金的各成分金屬的低，A錯誤；水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸鹽，C錯誤；光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2而不是Si，D錯誤。答案：B10. 【答案】C11. 【答案】A【解析】粗硅提純涉及的反應(yīng)：Si2

22、Cl2SiCl4、SiCl42H2Si4HCl都是氧化還原反應(yīng)，故B錯；硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)實際分兩步：Si3H2O=H2SiO32H2，H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，其中反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)，因此NaOH既不是氧化劑，也不是還原劑，只是反應(yīng)物，起氧化作用的只是水，故C錯；硅能與氫氟酸反應(yīng)，但不能與鹽酸反應(yīng)，故D錯。12. C13. 解析：粗硅提純涉及的反應(yīng)：Si2Cl2SiCl4、SiCl42H2Si4HCl都是氧化還原反應(yīng)，B錯誤；硅與氫氧化鈉溶液反中NaOH既不是氧化劑，也不是還原劑，只是反應(yīng)物，起氧化作用的只是水，C錯誤；硅能與氫氟酸反應(yīng)，但不能與

23、鹽酸反應(yīng)，D錯誤。答案：A14. 解析：Fe在Cl2中燃燒生成FeCl3，F(xiàn)eCl3溶液與鐵粉反應(yīng)生成FeCl2，鋁能從FeCl2溶液中置換出鐵單質(zhì)，A項可以；Cl2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaClO，NaClO溶液與SO2反應(yīng)可生成NaCl，電解NaCl溶液可生成氯氣，B項可以；銅與稀硝酸反應(yīng)可生成NO，NO與O2反應(yīng)生成NO2，NO2與水反應(yīng)生成HNO3，D項可以；C項Na2SiO3無法直接生成Si，C項錯誤。答案：C15. 解析：CaCl2、Na2SO3均屬比碳酸酸性強的酸的鹽，不能與H2CO3(CO2H2O)反應(yīng)生成新鹽和新酸；CO2與石灰水最終生成可溶性Ca(HCO3)2；Na2SiO3為比碳酸酸性更弱的酸的鹽，故可反應(yīng)生成H2SiO3沉淀?！敬鸢浮緿二、非選擇題16【答案】（14分）（1） 檢驗裝置氣密性 Cu + 2H2SO4(濃) CuSO4 + SO2+ 2H2OKMnO4溶液 A中KMnO4溶液沒有完全褪色，盛有Na2SiO3溶液的試管中出現(xiàn)白色沉淀（2）2H2S + SO2 = 3S + 2H2OBaSO