必修一 第四章非金屬及其化合物 第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角-硅

第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅1.二氧化硅和硅酸基礎(chǔ)落實(shí)一、硅元素的存在硅在地殼中的含量?jī)H次于___氧___，硅的_____氧化物_____和_____硅酸鹽_____約占地殼質(zhì)量的90%以上；硅原子最外層有___4___個(gè)電子，主要形成___＋4___價(jià)的化合物。二、二氧化硅1．SiO2的存在形式SiO2eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(硅石：二氧化硅,石英：的二,氧化硅\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(：無色透明的晶體,：具有彩色環(huán)帶狀,或?qū)訝?),沙子：含有的石英晶體))硅石：天然石英：結(jié)晶水晶瑪瑙沙子：小粒2．SiO2的結(jié)構(gòu)每個(gè)Si原子與周圍的__4__個(gè)O原子相結(jié)合，每個(gè)O原子與__2__個(gè)Si原子相結(jié)合。實(shí)際上，二氧化硅晶體是由Si原子和O原子按____1∶2____的比例所組成的_____立體網(wǎng)狀_____結(jié)構(gòu)的晶體，我們通常用“SiO2”表示二氧化硅的組成。3．物理性質(zhì)二氧化硅是______堅(jiān)硬難熔______的固體，_____不溶___于水。4．化學(xué)性質(zhì)(1)與氫氟酸(HF)反應(yīng)——HF是惟一可以與之發(fā)生反應(yīng)的酸__SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O__(可用來雕刻玻璃)。(2)SiO2作為酸性氧化物可以和___堿___、_______堿性氧化物_______反應(yīng)，但與水_____不反應(yīng)_____。①和堿反應(yīng)：__________________SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O____________；②和堿性氧化物反應(yīng)：____________SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3____________。5．二氧化硅的用途(1)以SiO2為主要成分的沙子仍然是基本的建筑材料；(2)電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器；(3)是信息高速公路的骨架——______光導(dǎo)纖維______的主要成分；(4)用石英、瑪瑙制作____首飾____。三、硅酸1．硅酸是一種很弱的酸，其酸性比碳酸的還___弱___，溶解度很___小___。硅酸容易聚合形成硅酸____溶膠____，硅酸濃度較大時(shí)，則形成軟而透明的、膠凍狀的______硅酸凝膠______。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干凝膠，稱為“____硅膠____”。硅膠常用作食品等的_____干燥劑_____，也可用作催化劑的____載體____。2．SiO2不溶于水，所以硅酸只能通過______________________可溶性硅酸鹽溶液____________________與其他酸反應(yīng)制得。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論及反應(yīng)方程式在飽和Na2SiO3溶液中，滴加酚酞溶液呈____色。逐滴加入稀鹽酸，有透明的凝膠產(chǎn)生，溶液紅色逐漸______，最后______Na2SiO3溶液顯堿性，與稀鹽酸反應(yīng)生成__________，化學(xué)方程式為____________________________________從上至下，從左至右：紅變淺消失硅酸凝膠Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(膠體)知識(shí)點(diǎn)1硅元素在自然界中的存在1．硅在自然界中儲(chǔ)量豐富，含量?jī)H次于氧元素，硅存在于地殼的各種礦物和巖石中的形式是()A．單晶硅B．二氧化硅C．硅酸D．無定形硅知識(shí)點(diǎn)2二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2．關(guān)于二氧化硅，下列敘述不正確的是()A．水晶的成分是二氧化硅B．二氧化硅晶體中不存在單個(gè)SiO2分子C．二氧化硅溶于水且顯酸性D．二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別3．在一定條件下，下列不能與二氧化硅反應(yīng)的物質(zhì)是()①焦炭②純堿③碳酸鈣④氫氟酸⑤硝酸⑥氫氧化鉀⑦氧化鈣A．只有③⑤⑦B．只有⑤⑦C．只有②⑤D．只有⑤知識(shí)點(diǎn)3硅酸的性質(zhì)4．下列離子方程式書寫不正確的是()A．二氧化硅與NaOH溶液反應(yīng)：SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2OB．碳酸鋇溶于稀鹽酸：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2OC．二氧化碳與足量NaOH溶液反應(yīng)：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2OD．把水玻璃滴入鹽酸中：SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓5．下列關(guān)于硅酸的敘述，錯(cuò)誤的是()A．硅酸是一種很弱的酸B．硅酸可由二氧化硅與水反應(yīng)制得C．硅酸不穩(wěn)定，加熱脫水會(huì)生成二氧化硅D．硅酸可由可溶性硅酸鹽和鹽酸反應(yīng)制得訓(xùn)練2．光導(dǎo)纖維被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它使信息科學(xué)迅猛發(fā)展。光導(dǎo)纖維的主要成分是()A．CaCO3B．SiO2C．Na2SiO3D．CaSiO33．能證明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)的事實(shí)是()A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能與水直接反應(yīng)生成硅酸B．在高溫下，SiO2和Na2CO3能發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑C．SiO2熔點(diǎn)比CO2高D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色膠狀沉淀練方法技巧5．60g石灰石在高溫下與23gA．5.6LBC．13.44LD6.化合物A、D、F是中學(xué)化學(xué)中常見的物質(zhì)，化合物B、C、E中含有兩種相同的元素。這些化合物之間存在下列關(guān)系。其中A和B的反應(yīng)是一種重要的化工生產(chǎn)中的主要反應(yīng)之一。(1)在A、C、F中含有的相同元素是________。(2)化合物C的化學(xué)式是________，化合物A的水溶液顯________性(填“酸”、“堿”或“中”)。(3)C的水溶液和D能否發(fā)生反應(yīng)________(填“能”或“否”)，理由是__________。練綜合拓展8．把河沙(主要成分是SiO2)跟鎂粉按一定質(zhì)量比(質(zhì)量比約大于15∶24)混合均勻，裝入試管中加熱大約一分鐘后發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成一種白色固體化合物和一種硅化物，待生成的混合物冷卻后放入盛有稀硫酸的燒杯中，立即產(chǎn)生氣泡并伴有爆炸聲，產(chǎn)生的氣體是一種能在空氣中自燃的硅的氣態(tài)氫化物。(1)寫出河沙與鎂粉在加熱時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________，該反應(yīng)是________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。(2)生成的混合物放入稀硫酸中，產(chǎn)生的氣體是(填化學(xué)式)____________；(3)寫出產(chǎn)生“爆炸聲”的化學(xué)方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。基礎(chǔ)落實(shí)一、氧氧化物硅酸鹽4＋4二、1.硅石：天然石英：結(jié)晶水晶瑪瑙沙子：小粒2.421∶2立體網(wǎng)狀3.堅(jiān)硬難熔不溶4.(1)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(2)堿堿性氧化物不反應(yīng)①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O②SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO35.(3)光導(dǎo)纖維(4)首飾三、1.弱小溶膠硅酸凝膠硅膠干燥劑載體2.可溶性硅酸鹽溶液從上至下，從左至右：紅變淺消失硅酸凝膠Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(膠體)1．B2．C[CO2通常狀況下為氣體，與SiO2物理性質(zhì)相差很大；SiO2晶體不溶于水，也不能與水反應(yīng)生成H2SiO3；SiO2晶體是由Si和O按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在單個(gè)SiO2分子。]3．D4.B5.B2．B[光導(dǎo)纖維可以用SiO2來制造。]3．D[B項(xiàng)是在固體反應(yīng)中難揮發(fā)性物質(zhì)制取易揮發(fā)性物質(zhì)，是利用兩者共熔時(shí)，生成易揮發(fā)的CO2使反應(yīng)能夠發(fā)生；D項(xiàng)中是較強(qiáng)的酸與較弱的酸的鹽溶液反應(yīng)生成較強(qiáng)酸的鹽和較弱酸的復(fù)分解反應(yīng)，這是該類復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件。]5．C[石灰石在高溫下，即使不與SiO2反應(yīng)，也可完全把CO2釋放出來，故存在CaCO3～CO2。]6．(1)Na(2)Na2SiO3堿(3)能硅酸的鹽能在水溶液中與CO2反應(yīng)生成比碳酸酸性更弱的硅酸解析此題突破點(diǎn)為A＋Beq\o(→,\s\up7(高溫))C＋D，A、D是常見物質(zhì)且該反應(yīng)為一種重要的化工生產(chǎn)的主要反應(yīng)之一，即Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，然后再根據(jù)其他關(guān)系推出。8．(1)SiO2＋4Mgeq\o(=,\s\up7(△))2MgO＋Mg2Si放熱(2)SiH4(3)SiH4＋2O2=SiO2＋2H2O解析在做此題時(shí)首先應(yīng)注意河沙和鎂粉的質(zhì)量比和物質(zhì)的量之比的關(guān)系以及按此物質(zhì)的量比例應(yīng)發(fā)生何種反應(yīng)。其次應(yīng)注意，一些反應(yīng)產(chǎn)物的信息，如在空氣中能自燃的硅的氣態(tài)氫化物等信息。另外要注意對(duì)實(shí)驗(yàn)的一些現(xiàn)象描述的特殊含義，如爆炸聲應(yīng)為劇烈的放熱反應(yīng)。(1)河沙和鎂粉的質(zhì)量比約大于15∶24時(shí)，因河沙中還含有除SiO2之外的物質(zhì)，故此時(shí)SiO2和Mg的質(zhì)量比約為15∶24，則二者的物質(zhì)的量之比為eq\f(15,60)∶eq\f(24,24)＝1∶4，即在反應(yīng)中SiO2和Mg應(yīng)按1∶4的物質(zhì)的量之比進(jìn)行反應(yīng)，故方程式為：SiO2＋4Mgeq\o(=,\s\up7(△))2MgO＋Mg2Si，因?yàn)榧訜嵋环昼姾蠹窗l(fā)生劇烈反應(yīng)，故此反應(yīng)應(yīng)為放熱反應(yīng)。(2)MgO和稀H2SO4反應(yīng)：MgO＋H2SO4=MgSO4＋H2O，此反應(yīng)為堿性氧化物和強(qiáng)酸的反應(yīng)，不劇烈，不可能產(chǎn)生爆炸聲。所以應(yīng)是Mg2Si和H2SO4反應(yīng)的結(jié)果，結(jié)合題意，再根據(jù)Mg2Si中各元素的化合價(jià)可推測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物為MgSO4和SiH4，SiH4在空氣中自燃發(fā)出爆炸聲。2.硅酸鹽和硅單質(zhì)基礎(chǔ)落實(shí)一、硅酸鹽1．概念硅酸鹽是由________硅、氧和金屬______組成的化合物的總稱。2．硅酸鹽的性質(zhì)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___。3．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其組成。例如：Na2SiO3：_______Na2O·SiO2_______；長(zhǎng)石KAlSi3O8：______________K2O·Al2O3·6SiO2________________。4．最常見的硅酸鹽——Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗稱_____水玻璃_____，能制備____硅膠____和____木材防火劑____。5．三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分水泥石灰石、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸二鈣2CaO·SiO2硅酸三鈣3CaO·SiO2鋁酸三鈣3CaO·Al2O3玻璃純堿、石灰石、石英玻璃窯Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土6.新型含硅物質(zhì)主要包括：(1)具有金剛石結(jié)構(gòu)的碳化硅(SiC，俗稱____金剛砂______)；(2)具有很高_(dá)____導(dǎo)磁性_____的硅鋼；(3)既耐高溫又耐____低溫____的硅橡膠；(4)人工制造的_____分子篩_____主要用作吸附劑和催化劑等。二、硅單質(zhì)1．種類單質(zhì)硅有____晶體____和______無定形____兩類。2．結(jié)構(gòu)晶體硅的結(jié)構(gòu)與_____金剛石_____相似。3．性質(zhì)(1)物理性質(zhì)色、態(tài)光澤熔點(diǎn)硬度質(zhì)地導(dǎo)電性灰黑色固體金屬光澤高大脆半導(dǎo)體(2)化學(xué)性質(zhì)：在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與____強(qiáng)堿____、___氫氟酸___發(fā)生反應(yīng)。4．用途(1)________半導(dǎo)體材料______，如硅芯片等。(2)_____)新能源_____，如光電池等。知識(shí)點(diǎn)1硅酸鹽的表示方法1．用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，不正確的是()A．鈣沸石[Ca(Al2Si3O10·3H2O)]CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石(Mg2SiO4)2MgO·SiO2C．長(zhǎng)石(KAlSi3O8)K2O·Al2O3·3SiO2D．高嶺石[Al2Si2O5(OH)4]Al2O3·2SiO2·2H2O2．高嶺土的組成可表示為Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的數(shù)值分別是()A．7、2B．5、4C．6、3D知識(shí)點(diǎn)2硅的性質(zhì)及用途3．硅和碳的比較，正確的是()A．都是非金屬，而硅的非金屬性較強(qiáng)B．硅和碳的最高正價(jià)都是＋4價(jià)C．硅元素在地殼中的含量占第二位，碳占第一位D．硅和碳在自然界中的存在形式都是既有游離態(tài)也有化合態(tài)4．下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是()A．硅是非金屬元素，但它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B．硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)D．當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣等非金屬反應(yīng)知識(shí)點(diǎn)3新型無機(jī)非金屬材料5．據(jù)報(bào)道我國科學(xué)家研制出一種新型的“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纖維復(fù)合而成的。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．它耐高溫，抗氧化B．它比鋼鐵輕、硬，但質(zhì)地較脆C．它沒有固定的熔點(diǎn)D．它是一種新型無機(jī)非金屬材料6．氮化硅(N顯－3價(jià)，Si顯＋4價(jià))是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用純硅與純N2在1300℃時(shí)反應(yīng)獲得(1)畫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖________________，氮化硅的化學(xué)式為________________。(2)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)。試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)現(xiàn)用四氯化硅與氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得到較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________________________________________________________________________________________。訓(xùn)練1．下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述中不正確的是()A．水玻璃是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕B．在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料C．木材、織物浸過水玻璃后，具有防腐蝕性能且不易燃燒D．水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)2．下列對(duì)晶體硅的有關(guān)敘述正確的是()A．晶體硅和金剛石的物理性質(zhì)相似B．硅在地殼中含量居第二位，可以以游離態(tài)存在于自然界中C．晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但它的提煉工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴D．晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導(dǎo)電3．材料與化學(xué)密切相關(guān)，下表中對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅5．下列變化，不能一步實(shí)現(xiàn)的是()A．Na2SiO3→H2SiO3B．H2SiO3→SiO2C．SiO2→H2SiO3D．SiO2→Na2SiO3練方法技巧6．月球上有豐富的綠柱石(綠寶石)礦藏，其主要化學(xué)成分為BenAl2Si6O18。也可用氧化物形式表示為nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值為()A．1B．2C．3規(guī)律將硅酸鹽改寫時(shí)，各氧化物按如下順序書寫：按金屬的活潑性順序?qū)懗龈餮趸铩趸琛鶫2O；改寫過程中應(yīng)遵守元素守恒。練綜合拓展7．有三種透明、不溶于水的堅(jiān)硬固體，A固體在氧氣中完全燃燒只得到一種無色氣體，此氣體能使澄清石灰水變渾濁，標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得此氣體的密度為氧氣密度的1.375倍。B固體可溶于熱的苛性鈉溶液，再往該溶液中加入過量酸時(shí)，析出白色膠狀沉淀，此沉淀干燥后，為不溶于水的白色粉末，它是一種比碳酸還弱的酸。將B與石灰石、純堿按比例混合加熱后得到C，C在高溫時(shí)軟化，無固定熔點(diǎn)。(1)A為__________，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________________________________________________________________________________；(2)B為__________，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________________________________________________________________________________；(3)C為____________________。8．某科研小組，用含有少量的CaO和Fe2O3的高嶺土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)試驗(yàn)新型的凈水劑。試驗(yàn)程序如下：已知：Al2O3與純堿反應(yīng)的產(chǎn)物是NaAlO2和CO2。試回答下列問題：(1)寫出混合物A、B、濾液C、沉淀D的主要成分：A．___________；B.___________；C.___________；D.__________。(2)寫出高嶺土與純堿熔融的兩個(gè)化學(xué)方程式______________________________，______________________________________________________________。(3)生成D沉淀的離子方程式為________________________________。(4)該試驗(yàn)中，熔融高嶺土可以選用的坩堝有______。A．玻璃坩堝B．瓷坩堝C．氧化鋁坩堝D．鐵坩堝基礎(chǔ)落實(shí)一、1.硅、氧和金屬2.不溶穩(wěn)定3.Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO24.水玻璃硅膠木材防火劑6．(1)金剛砂(2)導(dǎo)磁性(3)低溫(4)分子篩二、1.晶體無定形2.金剛石3.(2)強(qiáng)堿氫氟酸4．(1)半導(dǎo)體材料(2)新能源1．C2．B[依據(jù)在化合物中正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為零，代入數(shù)值驗(yàn)證即可。]3．B4.C5．B[對(duì)新情境、新材料的信息題，關(guān)鍵是對(duì)信息的解讀，弄清材料的性質(zhì)、特點(diǎn)，再結(jié)合所學(xué)知識(shí)解答。航空材料的特點(diǎn)是輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高可靠性，故A正確，B錯(cuò)；復(fù)合材料屬于混合物，沒有固定的熔點(diǎn)，碳化硅陶瓷、碳纖維復(fù)合而成的材料屬于新型無機(jī)非金屬材料，C、D正確。]6．(1)Si3N4(2)Si3N4＋12HF=3SiF4↑＋4NH3↑(3)3SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si3N4＋12HCl解析由N顯－3價(jià)，Si顯＋4價(jià)，可寫出氮化硅的化學(xué)式為Si3N4；聯(lián)想SiO2與HF的反應(yīng)，可知該陶瓷與HF反應(yīng)可生成SiF4，另外H和N結(jié)合成NH3。SiCl4和N2在H2氣氛中反應(yīng)，除生成Si3N4外還有HCl。1．D[Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一種礦物膠，通常用作耐火材料，硅酸的酸性比碳酸弱