必修2第五章第三節(jié)無機非金屬材料

1、無機非金屬材料（3考情分析重難點題型分值重點1 .掌握硅、二氧化硅的存在、結(jié)構(gòu)特點和性質(zhì)；2 . 了解硅在無機非金屬材料中的生產(chǎn)和應(yīng)用：3 .重點掌握二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)4 . 了解硅酸鈉的性質(zhì)和主要用途選擇和填空4-6分難點掌握硅、二氧化硅的存在、結(jié)構(gòu)特點和性質(zhì)： 了解硅酸鈉的性質(zhì)和主要用途Q知識精講 】核心知識點一：一、硅酸鹽材料硅酸鹽是由鹽、氧和金屬組成的化合物的總稱，在自然界分布極廣。硅酸鹽是一大類結(jié) 構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)，大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。1 .硅酸（1）物理性質(zhì)不溶于水、無色透明、膠狀（硅膠）。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以 用催

2、化劑的載體。（2）化學(xué)性質(zhì)弱酸性：所以在與堿反應(yīng)時只能與強堿反應(yīng)H2SiO3 + 2NaOH=Na2SiO3 + H20 H2SiO3 + 20H- = SiO32" + 2H2O比碳酸酸性弱：NazSiOs+COz+HzO =Na2CO3+ H2S1O3硅酸的熱穩(wěn)定性較弱，受熱易分解為S102和水：H2S1O3=H2O + S1O2（3）制備方法由于S102不溶于水，所以硅酸只能用間接的方法制取，一般用可溶性硅酸鹽+酸制得。實驗步驟在試管中加入35mLNa2s103溶液（飽和Na2s1O3溶液按1 ： 2或1 ： 3的體積比 用水稀釋），滴入12滴酚配溶液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽

3、酸，邊加邊振蕩， 至溶液紅色變淺并接近消失時停止。靜置。仔細觀察變化過程及其現(xiàn)象實驗現(xiàn)象滴加酚酸溶液后，溶液顯紅色：滴加鹽酸后，溶液的紅色逐漸消失，生成軟而透 明的膠凍狀的凝膠實驗結(jié)論硅酸鈉溶液顯堿性，可與酸反應(yīng)：硅酸為白色固體，難溶于水Na2s103 + 2HCl=2NaCl + H2S1O3 1SiCX 2H*=H2SiO3 1【注意】硅酸不溶于水，不能用Sl02與水反應(yīng)制取硅酸硅酸的酸性比碳酸的酸性還弱，所以往可溶性硅酸鹽溶液中通入C02也可以制取硅 酸：NazSiOs+CO：+H：0=NazCOs+H2S1O3 1SiO32" + C02+H：0=CO32' +H2S

4、1O3 1如前所述，S102 +Na2c03是遢 Na2s1。3+COzf,該反應(yīng)在高溫條件下進行，有利于CO?從體系中揮發(fā)出來，而S10N為高熔點固體，不能揮發(fā)，所以反應(yīng)可以進行，符合難揮 發(fā)性酸肝制取易揮發(fā)性酸肝的原理：而上述反應(yīng)'Na2siO3+CO2+H9=Na2CO3+ HfiCh''可 以進行，是因為該反應(yīng)是在溶液中進行的，符合復(fù)分解反應(yīng)的原理，兩者反應(yīng)原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比較稀鹽酸COUHCI)石灰石Na】SiOj溶液飽和NaHCCh溶液2 .硅酸鈉（1）物理性質(zhì)：最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉（NazSiCh）,可溶于水，其水溶液俗稱水玻 璃，是

5、制備硅膠和木材防火劑等的原料。【注意】硅酸鈉溶液可用玻璃瓶盛裝，但是不能用玻璃塞，應(yīng)用橡膠塞或木塞。玻璃中含有二氧化硅，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。（2）化學(xué)性質(zhì)硅酸鈉水溶液呈堿性，使酚醐溶液變紅。硅酸鈉與酸反應(yīng)生成硅酸由于硅酸是比碳酸還弱的酸，所以水玻璃易跟碳酸（CO2+H2O）及更強的酸反應(yīng)，生 成難溶于水的硅酸，如：通入少量的CO" Na2SiO34-CO：4-H2O =Na2CO34-H2S1O3 J.S1O32 +CO2+H2O=CO32- +H2S1O31由此可知Na2s1O3水溶液在空氣中易變質(zhì)通入過量的COu： NazSiOs+2C0：+2H2O=2NaHCO3+

6、H2S1O3 1S1O32-+2CO2+2H2O=2HCO3 +H2S1O3 I（3）硅酸鹽的組成表示方法：與其他鹽不同，硅酸鹽的組成相當(dāng)復(fù)雜，通常用二氧化硅和金屬氧化物的 形式表示他們的組成，其通式為aMxQi Z?SiO2tH2Oo式中aM.Qr表示金屬氧化物。書寫方式:找出組成元素-寫成氧化物形式-原子守恒一檢查有無遺漏一氧化物之間 用“”隔開。書寫順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物一二氧化硅一水。例如：Na2SiO3可表示為NaO S1O2 ； CaSiO3可表示為CaO S1O2 ;石棉可表示為CaO 3MgO 4SiCh【注意】低價金屬氧化物寫在前，高價金屬氧化物寫在后；活潑金屬

7、的氧化物寫在前, 不活潑金屬的氧化物寫在后。3 .硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷原料黏土、石灰石石灰石、石英、純堿黏土設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐陶瓷窯變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程。（加 入適量石膏，調(diào)節(jié)水泥的硬化速 度。研成細粉就得到普通水泥， 熔融制得水泥具有水硬性）主要反應(yīng)：Na2cO3與 CaCO3各自與S102在高溫 條件下反應(yīng)生成Na2SiO3 與 82、CaSiO?與 CO?加水混合T成型T干 燥一燒結(jié)一冷卻組成硅酸三鈣(3CaO SiO2)硅酸二鈣(2CaO SiO2)鋁酸三鈣(3CaO A12O3)硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅硅酸鹽用途重要的建筑材料玻璃瓶、化學(xué)實驗用的玻璃 儀器、窗玻璃等在工

8、農(nóng)業(yè)、科技生活、 實驗室中使用廣泛核心知識點二：二、新型無機非金屬材料1.硅單質(zhì)（1）存在硅在地殼中的含量為26. 3%,僅次于氧。硅元素在自然界全部以化合態(tài)存在。單質(zhì)硅 有晶體和無定形兩種，硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素。（2）物理性質(zhì)硅在元素周期表中處理金屬與非金屬的過渡位置。晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體 之間，是良好的半導(dǎo)體材料。帶有金屬光澤的灰黑色固體，晶體硅的熔點高（141040,硬度大、有脆性。用途：晶體硅的用途廣泛，可以用來制造晶體管、光電池，硅芯片是各種計算機、微 電子產(chǎn)品的核心。7（3）化學(xué)性質(zhì)硅和碳是元素周期表里NA族的元素，并且是上下鄰居，它們原子結(jié)構(gòu)的共同點是最外 層是

9、4個電子，但電子層數(shù)不同，碳原子和硅原子都既不容易失電子又不容易得電子，主要 通過共用電子對形成正四價的化合物。碳單質(zhì)和硅單質(zhì)的主要化學(xué)性質(zhì)既有相似性又有差異（1）常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，除與02、Fz. CL、HF、NaOH反應(yīng)，一般不與其它物質(zhì)反應(yīng)ASi+2O2=SiO2Si+2F2 = SiF4昌溫L Si+2C12=SiC14Si + 4HF=SiF4T + 2H2TSi + 2NaOH-H2O=Na2SiO3 + 2H2T（2）加熱時可與O2、CL等非金屬反應(yīng)2.二氧化硅（1）存在二氧化硅是硅最重要的化合物地球上存在的天然二氧化硅，其存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，統(tǒng)稱硅石。存在形式：

10、硅石、石英、水晶、瑪瑙、沙子等（硅元素的親氧性）（2）結(jié)構(gòu)S102晶體具有多種晶型，其基本結(jié)構(gòu)單元是如圖所示的四面體，每個Si周圍結(jié)合4個0,Si在中心，0在4個頂角：許多這樣的四而體又通過頂角的0相連接，每個0為兩個四面體所 共有，即每個0跟2個Si相結(jié)合。實際上，SiCh晶體是由Si和。按1 ：2的比例所構(gòu)成的立體網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)的原子晶體,因此，通常用SiCh來表示二氧化硅的組成，但并不存在單獨的S102分子。SiCh的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，加上SiCh在自然界的廣泛存在, 從古到今都被人類廣泛地應(yīng)用著（3）物理性質(zhì)熔點高、硬度大、難溶于水（4）用途光導(dǎo)纖維、化學(xué)儀器、光學(xué)

11、儀器、鐘表、建筑材料、飾品等；但人長期吸入含有S102的粉塵就會患硅肺?。ㄅf稱為矽肺?。?）化學(xué)性質(zhì)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，氫氟酸（HF）是唯一可以與之發(fā)生反應(yīng)的酸：SiO2+4HF=SiF4T+2H2OS1O2是酸性氧化物，它可能發(fā)生哪些層應(yīng)呢？與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽：SQ+CaO有避CaSiCh與強堿反應(yīng)生成鹽：SiO24-2NaOH=Na2SiO3+H20 （在常溫下反應(yīng)進行得比較慢） SiO24-2OH =SiO32_+H2O實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？是因為該反應(yīng)生成的Na2SiO3是一種礦物膠，日久能使瓶口與瓶塞發(fā)生黏合與鹽反應(yīng)，性阿溫

12、下，S10?能與純堿、大理石反應(yīng)：SiO：4-Na2CO3 MNa2s1O3+CO：TS1O2+CaCOs 高溫 CaSiO3+CO2T說明：上述兩個反應(yīng)是玻璃工業(yè)生產(chǎn)的主要原理與碳反應(yīng)SQ?中硅元素的化合價為+4價，這是硅元素的最高化合價，因此具有一定的氧化性,如S102在高溫下能被C還原，制取粗硅。S1O2+2c 高溫 Si+2C0T日）|典例精析核心知識點一： 回能力提升證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實驗事實是（）A.二氧化碳是氣體，二氧化硅是固體B二氧化硅的熔點比二氧化碳高C.二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅難溶于水D二氧化碳通入硅酸鈉溶液中析出硅酸沉淀【答案】D【解析】A.二氧化碳是氣

13、體，二氧化硅是固體，與其對應(yīng)酸的強弱無關(guān)，所以不能證 明硅酸酸性弱于碳酸，故A不選：B.二氧化硅的熔點比二氧化碳高，與其對應(yīng)酸的強弱無 關(guān)，所以不能證明硅酸酸性弱于碳酸，故B不選：C.二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅 難溶于水，與其對應(yīng)酸的強弱無關(guān)，所以不能證明硅酸酸性弱于碳酸，故C不選：D.二氧 化碳通入硅酸鈉溶液中析出硅酸沉淀，則碳酸和硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸，強酸制取弱酸，所以 能說明硅酸酸性弱于碳酸，故D選項正確。【考點】二氧化硅的性質(zhì)亮拓展拔高利用如圖所示裝置進行實驗，將儀器a中的溶液滴入b中，根據(jù)c中所盛溶液，預(yù)測其 中現(xiàn)象的是（）選型abcC試管中現(xiàn)象A濃鹽酸KMnO4FeCb溶液溶液

14、變棕黃色B稀硫酸Na2s2O3澳水產(chǎn)生淺黃色沉淀C硼酸Na2cO3Na2SiO3 溶液析出白色沉淀D濃硫酸鐵片KI-淀粉溶液溶液變藍色【答案】A【解析】濃鹽酸被高缽酸鉀氧化生成氯氣，氯氣氧化氯化亞鐵生成氯化鐵，溶液變?yōu)樽?黃色，A正確：稀硫酸和硫代硫酸鈉反應(yīng)生成S和SCh，SO?被浜水氧化生成硫酸，得不到淺 黃色沉淀，B錯誤：硼酸的酸性弱于碳酸，不能與碳酸鈉反應(yīng)，C錯誤：常溫下鐵在濃硫酸 中飩化，D錯誤?！究键c】硅酸的酸性核心知識點二：回能力提升證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是（）A.加入過量的鹽酸，觀察是否有氣泡冒出B.加入過量的燒堿溶液，觀察是否有固體溶解C.加熱至高溫，觀

15、察是否有氣泡冒出，是否有硅酸鈣生成D.先加過量的鹽酸攪拌，觀察是否有不溶物剩余及氣泡出現(xiàn)：若有不溶物則濾出，投 入氫氧化鈉溶液中看其是否溶解【答案】D【解析】S10?不溶于除氫氟酸以外的酸，CaO、CaCO3均可溶于鹽酸，且CaCOs溶于鹽 酸時會有氣泡產(chǎn)生，S1O2能溶于NaOH溶液?！究键c】二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)密拓展拔高晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅，同時得到一種可燃性氣體：粗硅與干燥250300 的HQ氣體反應(yīng)制得SiHCL（ Si+3HCI 麗 SiHCh+H2）:SiHCh與過量的H?在 1 1001200 的溫度下反應(yīng)制得純

16、硅，已知SiHCb能與水劇烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答：（1）第一步制取粗硅反應(yīng)的化學(xué)方程式為。（2）粗硅與HQ氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的$舊。3 （沸點33.0 C）中含有少量 SiCU （沸點57.6 C）和HCl（沸點-84.7 ）,提純SiHCb采用的方法為°（3）實驗室用SiHCb與過量的H?反應(yīng)制取純硅裝置如圖所示（加熱和夾持裝置略去）：稀破酸SiHCh裝置B中的試劑是,裝置C中的燒杯需要加熱，目的是反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是,裝置D不能采用普通玻璃管的原因是，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是»為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣

17、密性，控制好反應(yīng)溫度 以及?！敬鸢浮浚?） SQ+2C=Si+2COT （2）分馀（或蒸餌）（3）濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCh汽化有固體物質(zhì)生成在題給反應(yīng)溫度下 1 1001 200 C（1 100-1 200 ）,普通的玻璃會軟化 SiHCh+H2Si+3HC1排盡裝置中的空氣聲溫【解析】（1）粗硅的制取是用碳還原二氧化硅，化學(xué)方程式為Si02+2C=Si+2C0To（2） SiHCh與SiCL、HC1沸點相差很大，可用分溜法提純SiHCh。（3）因SiHCb與水 劇烈反應(yīng)，故A中產(chǎn)生的H?必須干燥，因此B中的試劑為濃硫酸，且C中燒瓶需加熱，其 目的是使SiHCh汽化，加快其與Hz的反應(yīng)速

18、率。石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故D中有 固體產(chǎn)生，由題給信息，制純硅的反應(yīng)條件為1 1001 200 ,此溫度下普通的玻璃容易 軟化。因高溫下H2與02反應(yīng)容易爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。【考點】硅的制備同步練習(xí)（答題時間：25分鐘）一、選擇題A.氫氨酸B.氫氧化鈉溶液 C.鹽酸D.水玻璃1 .下列試劑中，能用帶玻璃塞的試劑瓶貯存的是（A.B.C.©2 .下列物質(zhì)中在一定條件下能與SiO2起反應(yīng)的是（）濃H2SO4;HzO：濃硝酸：氫氟酸；KOH溶液：氧化鈣：碳酸鈉3,下列反應(yīng)不能一步完成的是（B. SiO2TH2SQ3D. H2SQ-SQA. SiO2Na2SiO3C. NazS

19、iO3THsCh4.下列關(guān)于二氧化硅和二氧化碳的說法中錯誤的是（）A.與二氧化碳分子相似，1個硅原子和2個氧原子構(gòu)成1個二氧化硅分子B.通常狀況下，二氧化碳為氣態(tài)，二氧化硅為固體C.二氧化硅和二氧化碳都能與氧化鈣反應(yīng)生成鹽D.二氧化硅和二氧化碳都能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成鹽和水5.下列敘述中，正確的是（）A.可用帶玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液B. SiO2和C02都是酸性氧化物，既能與水反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)C. SiCh與純堿在高溫條件下反應(yīng)生成C02,說明硅酸的酸性比碳酸強D.石灰石是工業(yè)制備普通玻腐和水泥的共同原料6.天工開物記載：“凡堀泥造瓦，掘地二尺余，擇取無沙黏上而為之”，“

20、凡坯既成, 干燥之后，則堆枳窖中燃薪舉火”，“澆水轉(zhuǎn)釉（主要為青色），與造磚同法下列說法錯誤 的是（）A.沙子和黏土的主要成分為硅酸鹽B. “燃薪舉火”使黏土發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化C.燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦D.黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料7.下列關(guān)于無機非金屬材料的說法中正確的是（）A.傳統(tǒng)無機非金屬材料是指：光導(dǎo)纖維、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B新型無機非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點，但強度比較差C.高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點D.傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽目參考答案1 .【答案】C【解析】

21、氫氟酸應(yīng)該保存在塑料瓶中；保存氫氧化鈉溶液用橡膠塞或軟木塞：水玻璃具 有黏性，能使玻璃瓶與瓶塞牢固地黏在一起，也應(yīng)該用橡膠塞或軟木塞。2 .【答案】C【解析】SiCh是酸性氧化物，與濃H2SO4不能反應(yīng)，不符合題意；Hq與Sio?不能反應(yīng)，不符合題意：SiOz是酸性氧化物，與濃硝酸不能反應(yīng)，不符合題意；氫氟酸與SiO?反應(yīng)生成SiF$、H2O,符合題意：SiO?是酸性氧化物，與強堿KOH溶液反應(yīng)生成KzSiCh、H20,符合題意；氧化鈣是堿性氧化物，可以與SiO?在高溫下反應(yīng)生成硅酸鈣，符合題意；SiOz與碳酸鈉在高溫下反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，符合題意；可以與二氧化硅反應(yīng)的為，因此合理選項是C。3 .【答案】B【解析】二氧化硅可與氫氧化鈉直接反應(yīng)生成硅酸鈉：NazSiCh