學(xué)案：4-1碳、硅及無機非金屬材料

第1節(jié)碳、硅及無機非金屬材料析考情明考綱

高考對本節(jié)內(nèi)容的考查點有三個： 一1．了解碳、硅的原子結(jié)構(gòu)、認識硅在自然界的存在形式。2．了解碳、硅及其重要化合物的主要性質(zhì)。3．了解硅酸鹽產(chǎn)品及其在生產(chǎn)生活中的用途。

是以新材料、新技術(shù)為背景考查 C、Si及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用；二是以推斷題考查 C、Si及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；三是以硅、硅酸的制備為載體，考查實驗探究能力。特別注意，Si、SiO2在現(xiàn)代科技中的用途經(jīng)常以選擇題形式出現(xiàn)，已成為高考考查熱點。考點 碳、硅單質(zhì)的性質(zhì)及用途1．碳單質(zhì)的存在、性質(zhì)和用途種類主要有金剛石、石墨、C60或富勒烯等結(jié)構(gòu)金剛石：正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨：平面正六邊形層狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石：熔點高，硬度大，不導(dǎo)電石墨：熔點高，質(zhì)軟，有滑膩感，能導(dǎo)電化學(xué)與O22充足時：＋點燃2OC2O=====CO性反應(yīng)點燃質(zhì)O2不足時：2C＋O2=====2CO△與氧CuO：2CuO＋C=====2Cu＋CO2↑(冶煉金屬)化物高溫22反應(yīng)SiO：SiO＋2C=====Si＋2CO↑(制取粗硅)高溫H2O：C＋H2O(g)=====CO＋H2(制取水煤氣)與強△氧化濃H24：＋24濃2↑＋2↑＋2C)=====COSO2HSO(2SO2HO性酸濃HNO3：＋3濃△2↑＋2↑＋2C)=====CO4NO2HO反應(yīng)4HNO(金剛石：用作切削刀具、裝飾品等用途石墨：作電極、高溫潤滑劑、鉛筆芯等2．硅單質(zhì)的存在、性質(zhì)和制備(1)結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)(2)化學(xué)性質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不能被濃硫酸、濃硝酸等強氧化劑氧化，只能與F2、氫氟酸、強堿溶液反應(yīng)；在加熱條件下，能與 O2、Cl2等少數(shù)非金屬單質(zhì)化合。寫出下列相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：(3)工業(yè)制備高溫反應(yīng)原理：①制粗硅 SiO2＋2C=====Si＋2CO↑高溫 高溫②粗硅的提純 Si＋2Cl2=====SiCl4、SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl易錯警示(1)用石英砂和焦炭制備粗硅的反應(yīng)必須要隔絕空氣在電爐中進行，得到的氧化產(chǎn)物是CO而不是CO2。(2)硅與堿溶液反應(yīng)時，硅為還原劑， H2O為氧化劑。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)碳和硅兩種元素共有兩種單質(zhì)。 ( )(2)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體。 ( )(3)硅單質(zhì)廣泛存在于自然界中，天然存在的單質(zhì)硅叫硅石。( )(4)常溫下，硅很穩(wěn)定，不能跟酸、堿溶液反應(yīng)。 ( )(5)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。( )(6)C60屬于原子晶體，熔點高，硬度大。 ( )提示 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×題組一 碳、硅的性質(zhì)及用途1.[2015?！そ◤B門質(zhì)檢]關(guān)于金剛石、石墨和 C60的判斷，正確的是( )A．均含共價鍵 B．互為同分異構(gòu)體C．互為同位素 D．性質(zhì)相同答案 A解析 金剛石、石墨和C60是由碳元素形成的不同單質(zhì)，三者互為同素異形體，均含共價鍵，本題答案為 A。2．[2015·南模擬濟]有些科學(xué)家提出硅是“ 21世紀的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列有關(guān)硅的說法中，不正確的是 ( )A．高純度的硅廣泛用于制作計算機B．硅可由二氧化硅還原制得C．低溫時，硅與水、空氣和酸不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)D．自然界中硅的儲量豐富，自然界中存在大量的單質(zhì)硅答案D解析 硅是重要的半導(dǎo)體材料，可用于生產(chǎn)制造計算機中的芯高溫片，A正確；2C＋SiO2=====Si＋2CO↑，B正確；常溫下，Si的性質(zhì)穩(wěn)定，但可以與 F2、HF、強堿溶液反應(yīng)，C正確；自然界中不存在單質(zhì)硅，D錯誤。題組二 硅的制備3.半導(dǎo)體工業(yè)中，有一句行話：“從沙灘到用戶”，即由 SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學(xué)反應(yīng)是 ( )高溫A．2C＋SiO2=====Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O△C．Si＋2Cl2=====SiCl4高溫D．SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl答案

B解析

工業(yè)制取純硅的工藝流程為

C Cl2SiO2――→粗硅――→H2SiCl4――→純硅，該工藝流程中不涉及 SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)。4．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：①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；②粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3＋(Si250～300℃3HCl=============SiHCl3＋H2)；銅粉SiHCl3與過量的H2在1100～1200℃的溫度下反應(yīng)制得純硅，已知SiHCl3能與水劇烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答：(1)第一步制取粗硅的化學(xué)方程式為 _______________________。(2)粗硅與 HCl 氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的 SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量 SiCl4(沸點57.6℃)和HCl(沸點－84.7℃)，提純 SiHCl3 采 用 的 方 法 為。(3)實驗室用

SiHCl

3與過量的

H2反應(yīng)制取純硅裝置如圖所示

(加熱和夾持裝置略去)：①裝置B中的試劑是________，裝置C中的燒杯需要加熱，目的是。②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。③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密性，控制好反應(yīng)溫度以及__________________。高溫答案(1)SiO2＋＋2CO↑2C=====Si(2)分餾(或蒸餾)(3)①濃硫酸'使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②有固體物質(zhì)生成'在題給反應(yīng)溫度下(1100～1200℃)，普通的玻璃會軟化SiHCl3＋1100～1200℃H2=====Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣解析 (3)①因SiHCl3與水強烈反應(yīng)，故 A中產(chǎn)生的H2必須干燥，因此B中的試劑為濃 H2SO4，起干燥作用，且 C燒瓶需加熱，其目的是使SiHCl3汽化，加快其與H2的反應(yīng)速率。②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1100～1200℃，此溫度下普通的玻璃容易軟化。③因高溫下H2與O2反應(yīng)容易爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣?！锟偨Y(jié)提升碳、硅單質(zhì)的特殊性一般情況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。(2)一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。(3)Si的還原性大于 C，但 C在高溫下能還原出 Si：SiO2＋高溫2C=====Si＋2CO↑。(4)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅能跟 HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(5)常見與強堿反應(yīng)生成 H2的固體單質(zhì)有 Al和Si，能夠置換出H2O中氫的非金屬單質(zhì)為碳，這些特征反應(yīng)常作為推斷題的突破口。(6)金剛石為原子晶體，1mol金剛石含有2mol碳碳單鍵；晶體硅為原子晶體，1mol晶體硅含有2molSi—Si鍵；二氧化硅晶體為原子晶體，1molSiO2中含有4molSi—O鍵；石墨為混合晶體，1mol石墨中含1.5molC—C鍵，每個六元環(huán)中平均含2個碳原子；C60是分子晶體?？键c 碳和硅的氧化物1．一氧化碳CO是無色無味的有毒氣體，不溶于水，可用作氣體燃料和冶金工業(yè)的還原劑。高溫(1)燃燒的化學(xué)方程式為 2CO＋O2=====2CO2?！?2)還原CuO的化學(xué)方程式為 CO＋CuO=====Cu＋CO2。2．二氧化碳和二氧化硅類別結(jié)構(gòu)特點主要物理性質(zhì)①與水反應(yīng)②與酸反應(yīng)③與堿反應(yīng)化學(xué)性質(zhì)④與鹽反應(yīng)⑤與堿性氧化物反應(yīng)用途易錯警示明C的還原性比

二氧化碳二氧化硅均為酸性氧化物由二氧化碳分子構(gòu)成，屬于由氧原子與硅原子構(gòu)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶分子晶體體熔、沸點低，常溫下為氣體，硬度大，熔、沸點高，常微溶于水溫下為固體，不溶于水CO2＋H2OH2CO3不反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：不反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OCO2少量：CO2＋2OH－SiO2＋2NaOH======CO2－3＋H2ONa2SiO3＋H2O(盛堿性液CO2過量：CO2＋OH－===HCO－的試劑瓶用橡膠塞)3如與Na2SiO3反應(yīng)：CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓如與Na23反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3或23＋高溫CONaSiO2H2O＋2CO2(足＋Na232SiO3CO=====Na量)===H2SiO3↓＋＋CO2↑2NaHCO3如與CaO反應(yīng)：SiO2＋如與Na2O反應(yīng)：CO2＋高溫Na2O===Na2CO3CaO=====CaSiO3光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電制飲料、制碳酸鹽子部件高溫(1)不能依據(jù)反應(yīng) 2C＋SiO2=====Si＋2CO↑來說高溫Si強，也不能依據(jù)反應(yīng) SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑來說明SiO2水化物的酸性比 H2CO3強。(2)氫氟酸能腐蝕玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，因為 SiO2與堿溶液反應(yīng)生成具有黏性的 Na2SiO3。(3)SiO2雖然能與 NaOH溶液、HF溶液反應(yīng)，但不屬于兩性氧化物，屬于酸性氧化物，但與水不能直接反應(yīng)。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)CO2溶于水生成碳酸，SiO2也能溶于水并生成硅酸。 ( )(2)SiO2是酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng)。 ( )(3)SiO2既能與堿反應(yīng)，又能與酸(氫氟酸)反應(yīng)，屬于兩性氧化物。(

)(4)CO

和CO2是碳的兩種氧化物，二者均是溫室氣體。

(

)(5)CO2不支持燃燒是相對的。

(

)提示

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√題組一 二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.下面關(guān)于SiO2晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的敘述正確的是 ( )A．存在四面體結(jié)構(gòu)單元， O處于中心，Si處于4個頂角B．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子C．最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為1∶2D．最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子答案D解析 本題考查 SiO2晶體結(jié)構(gòu)。二氧化硅是原子晶體，結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)狀，存在硅氧四面體結(jié)構(gòu)，硅處于中心，氧處于4個頂角，所以A錯誤；在SiO2晶體中，每6個Si和6個O形成一個12元環(huán)(最小環(huán))，所以D正確，B、C錯誤。2．指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在A～E選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。①SiO2＋23＋22NaOH===NaSiOHO()高溫②SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑( )高溫SiO2＋2C=====Si＋2CO↑()高溫SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑()⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( )A．作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B．氧化性C．酸性氧化物的通性D．將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來E．未參加氧化還原反應(yīng)答案 ①C ②D ③B ④E ⑤A解析 在①中體現(xiàn) SiO2的酸性氧化物的性質(zhì)；②中是與鹽反應(yīng)生成酸酐；在③中SiO2中元素化合價降低，顯示氧化性；在④中SiO2元素化合價不變；在⑤中玻璃中 SiO2被HF腐蝕?！锟偨Y(jié)提升含硅化合物的特殊性(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不與酸作用，但 SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光導(dǎo)纖維的是 SiO2，用于制作半導(dǎo)體材料、計算機芯片的是晶體硅。(4)水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；紅、藍寶石的主要成分是Al2O3。題組二 二氧化碳的性質(zhì)3.用四種溶液進行實驗，表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應(yīng)關(guān)系錯誤的是()選項操作及現(xiàn)象溶液A通入CO2，溶液不變渾濁BaCl2溶液B通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失，Ca(OH)2溶液再加入足量的NaOH溶液，又變渾濁答案B解析A項，CO2與BaCl2溶液不反應(yīng)；B項，CO2＋Na2SiO3H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3與CO2不反應(yīng)，渾濁不會消失；C項，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液變渾濁后加入品紅溶液，品紅溶液被HClO氧化褪色；D項，通入CO2少量時發(fā)生反應(yīng)：CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，繼續(xù)通CO2，生成可溶于水的 Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH溶液，則：2NaOHCa(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又變渾濁。4．二氧化碳又名碳酸氣，具有較高的民用和工業(yè)價值，在多種領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，二氧化碳在棚菜氣肥、蔬菜(肉類)保鮮、生產(chǎn)可降解塑料等方面也展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。 二氧化碳是一種無色無味的氣體，無毒、不導(dǎo)電并且沒有可燃性。但是金屬鎂在點燃的條件下可以在二氧化碳氣體中燃燒，其中還原產(chǎn)物是碳。.①氧化產(chǎn)物是__________；②請寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，并用單線橋法表示該反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移總數(shù) 。.CO2氣體與堿溶液反應(yīng)時，用量不同其生成的產(chǎn)物不同。①少量CO2通入過量的KOH溶液中，請寫出離子反應(yīng)方程式；②取兩份等物質(zhì)的量濃度等體積的 Ca(OH)2溶液，一份通入過量CO2，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系如圖1所示。寫出沉淀變化由 a到b的離子方程式_____________________。Ⅲ.另一份先加入少量的KOH固體溶解，再將過量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，請繪圖2表示出生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系；并寫出該圖與②中不同曲線處對應(yīng)的離子反應(yīng)方程式。答案Ⅱ.①CO2＋－2－2②3＋2＋2OH===CO＋CaCOCOHOH2O===Ca2＋＋2HCO－3.2－＋CO2＋H2O===2HCO－CO33解析本題考查元素及其化合物知識。Ⅰ.Mg在二氧化碳中點點燃燃生成氧化鎂和碳，其反應(yīng)方程式為2Mg＋C4e－O2=====2MgO＋C，其中MgO為氧化產(chǎn)物。Ⅱ.①少量CO2與KOH溶液反應(yīng)生成K2CO3和水，其離子方程式為CO＋2OH－===CO2－＋HO；②過量CO3222與Ca(OH)2溶液先生成沉淀，然后又轉(zhuǎn)化為Ca(HCO3)2，沉淀溶解，故a到b的離子方程式為CaCO3＋CO2＋H2O===Ca2＋－＋2HCO3。.把過量的CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，CO2先與OH－反應(yīng)生成CO23－，遇到Ca2＋生成CaCO3沉淀，再通入CO2時，CO2繼續(xù)和OH－反應(yīng)，直到2－和CaCO3全部轉(zhuǎn)化為CO2過量時，CO3HCO－3，最后沉淀溶解。★總結(jié)提升碳酸的“強酸性”碳酸雖然是一種弱酸，但其酸性比硅酸、次氯酸、偏鋁酸等物質(zhì)的酸性強，將 CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這是“強酸制弱酸”原理的應(yīng)用。如：CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO；CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3；CO2(過量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；題組三 CO2與堿、鹽溶液反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷5．往100mLNaOH溶液中通入CO2，充分反應(yīng)后，在減壓和較低溫度下，小心將溶液蒸干，得白色固體 M。通入 CO2的體積V(CO2)/mL(標準狀況，下同)與M的質(zhì)量W/g的關(guān)系如圖。(1)A點時，白色固體M的化學(xué)式為________，通入CO2的體積為________mL。(2)C點時，白色固體M的化學(xué)式為________，通入CO2的體積為________mL。(3)推算B點時M的組成________(用化學(xué)式表示)及通入CO2氣體的體積為________mL。答案 (1)Na2CO3 1120 (2)NaHCO3 2240(3)Na2CO3和NaHCO3 1792解析首先NaOH轉(zhuǎn)化為Na2CO3，繼續(xù)通CO2又轉(zhuǎn)化為NaHCO3，結(jié)合圖形得出：A點M為Na2CO3，V(CO2)＝1120mL；C點M為NaHCO3，V(CO2)＝2240mL；B點為Na2CO3和NaHCO3的混合物，由守恒法求出 V(CO2)＝1792mL?！锟偨Y(jié)提升CO2與堿、鹽溶液的反應(yīng)總結(jié)1．與堿溶液的反應(yīng)(1)反應(yīng)原理少量CO2 CO2NaOH ――→Na2CO3――→NaHCO3(2)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷nNaOH溶質(zhì)成分x＝nCO2x≤1∶1NaHCO31∶1<x<2∶1Na2CO3、NaHCO3x＝2∶123NaCOx>2∶1NaOH、Na2CO3也可用數(shù)軸來表示：2．與鹽溶液的反應(yīng)(1)CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3(2)CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO(3)CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO33．往某溶液中不斷通入 CO2至過量時，現(xiàn)象是“先產(chǎn)生白色沉淀，后沉淀逐漸溶解”的反應(yīng)(1)往澄清石灰水中不斷通入 CO2氣體Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2OCaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2(2)往氫氧化鋇溶液中不斷通入CO2氣體Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2OBaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2(3)往漂白粉溶液中不斷通入CO2氣體Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClOCaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)24．往某溶液中不斷通入CO2氣體至過量時，現(xiàn)象為“產(chǎn)生白色沉淀或渾濁，沉淀或渾濁不消失”的反應(yīng)(1)在NaAlO2溶液中不斷通入CO2氣體至過量2AlO－2＋CO2(少量)＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO23－－AlO2＋CO2(過量)＋2H2O===Al(OH)

3↓＋HCO

－3(2)往

Na2SiO3

溶液中不斷通入

CO2氣體至過量2－ 2－SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO3，(3)往飽和Na2CO3溶液中通入CO2氣體＋＋CO32－＋CO2＋23↓2NaHO===2NaHCO(4)Na2CO3溶液中通入CO2氣體2－＋H2O===2HCO－CO2＋CO33考點 硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料1．硅酸(1)弱酸性：H2SiO3難溶于水，其酸性比碳酸 弱，不能使指示劑變色，能與強堿 (如NaOH)反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O。(2)不穩(wěn)定性：H2SiO3不穩(wěn)定，受熱易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式△為H2SiO3=====SiO2＋H2O。(3)硅酸的制備及硅膠①制備原理：可溶性硅酸鹽(如Na2SiO3)與其他酸(如鹽酸)反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。②硅膠：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠， 經(jīng)干燥脫水后即得硅膠，常用作干燥劑和催化劑的載體。2．硅酸鹽(1)概念：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。(2)硅酸鈉(Na2SiO3)①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。②它能與較強的酸反應(yīng)，如與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；與CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。(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硅酸鹽的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。3．無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料指的是我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、陶瓷等，陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也廣泛應(yīng)用于生活中。(2)新型無機非金屬材料，指的是一類新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。(3)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)。易錯警示 (1)Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，與玻璃的成分不相同；水玻璃又稱為泡花堿，但它卻是鹽溶液 (存放的試劑瓶不能用玻璃塞)，而不是堿溶液。(2)氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結(jié)構(gòu)，切不可認為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)硅酸易溶于水，酸性比碳酸弱，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，受熱不分解。( )(2)水玻璃俗稱泡花堿，是一種純凈物。 ( )(3)向一定濃度的 Na2SiO3溶液中通入適量 CO2出現(xiàn)白色沉淀，通入過量CO2，白色沉淀消失。( )(4)玻璃是一種晶體，有較高的熔點。 ( )(5)生產(chǎn)水泥和玻璃的共同原料是石英。 ( )(6)新型無機非金屬材料具有光學(xué)特性、生物功能、電學(xué)特性、耐高溫、強度高。( )(7)瑪瑙手鐲、水晶鏡片、玻璃所用材料均為硅酸鹽。 ( )(8)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。( )提示 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)×題組一 硅酸鹽的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.[2015濟·南模擬]隨著我國“嫦娥三號”的成功著陸及“玉兔號”月球車開始工作，可以獲取大量月球物質(zhì)并進行成分分析， 月球上的主要礦物有輝石[CaMgSi26、正長石[KAlSi38]和橄欖石[(Mg或Fe)2O]O4等，下列說法或分析不正確的是()SiO]A．輝石、斜長石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦B．正長石的氧化物形式可表示為 K2O·Al2O3·3SiO2C．橄欖石中鐵為＋2價D．月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因為月球的表面幾乎沒有氧氣答案 B解析根據(jù)輝石[CaMgSi26、正長石38]和橄欖石[(MgO][KAlSiO或Fe)2SiO4]的化學(xué)式可知三者均屬于硅酸鹽礦，A正確；根據(jù)元素化合價不變的原則，將正長石的化學(xué)式改寫為氧化物的形式可表示為K2O·Al2O3·6SiO2，B不正確；根據(jù)化合價代數(shù)和為零，橄欖石中鐵為＋2價，C正確；鐵單質(zhì)與氧氣接觸易被氧化，所以月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因為月球的表面幾乎沒有氧氣的緣故， D正確。2．青石棉(cricidolite)是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na25822(OH)2。青石棉用FeSiO稀硝酸溶液處理時，還原產(chǎn)物只有 NO，下列說法不正確的是 ( )A．青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學(xué)組成可表示為 Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被還原答案B解析 硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學(xué)元素 (主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體； 1 molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反應(yīng)時，失去 3mol電子，而還原產(chǎn)物只有 NO，故能使1molHNO3被還原。★總結(jié)提升硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物― →較活潑金屬氧化物―→二氧化硅―→水。(2)氧化物前計量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置計量數(shù)，且不同氧化物間以“ ·”隔開。(3)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：1 1KAlSi3O8 不能寫成2K2O·2Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。(4)實例高嶺土(Al2Si2O7·2H2O)?Al2O3·2SiO2·2H2O石棉(CaMg3Si4O12)?CaO·3MgO·4SiO2沸石(Na2Al2Si3O10·2H2O)?Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O云母(KAl3Si3O17·H2O)?K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O題組二 無機非金屬材料3.[2015河·南師大附中測試 ]有關(guān)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維的說法正確的是( )A．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷彌補了金屬材料的弱點，但是硬度卻遠遠低于金屬材料B．氮化硅陶瓷是一種重要的結(jié)構(gòu)材料，具有超硬性，它不與任何無機酸反應(yīng)C．光導(dǎo)纖維是一種能高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，耐酸堿腐蝕D．光導(dǎo)纖維的抗干擾性能好，不發(fā)生電輻射，通信質(zhì)量高，能防竊聽答案 D解析 本題主要考查新型無機非金屬材料的性質(zhì)。 難度較小。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的硬度很大，硬度比金屬材料要大， A項錯誤；氮化硅能與氫氟酸反應(yīng)，B項錯誤；光導(dǎo)纖維的成分是 SiO2，可與HF、NaOH溶液反應(yīng)，C項錯誤。4．材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。下列生產(chǎn)能獲取新型無機非金屬材料的是 ________(填序號)。①以甲烷為原料，在一定條件下生產(chǎn)金剛石 ②高溫下用焦炭還原SiO2制備單晶硅③在水泥生產(chǎn)過程中加入高爐礦渣生產(chǎn)有特殊用途的水泥④在玻璃生產(chǎn)過程中加入K、Pb生產(chǎn)具有特殊用途的光學(xué)玻璃 ⑤將二氧化硅與碳在電爐中加熱至 1900℃以上生產(chǎn)碳化硅答案 ①②⑤解析 金剛石、單晶硅、碳化硅屬于新型無機非金屬材料，而玻璃、水泥則是傳統(tǒng)無機非金屬材料。題組三 碳、硅及其化合物的綜合推斷5.[2015大·慶模擬]A、B、C是元素周期表中前 18號元素中的3種單質(zhì)，甲、乙是常見的化合物，它們之間存在如圖所示關(guān)系。(1)如圖反應(yīng)①～③中屬于化合反應(yīng)的是 ________(填序號)。化合反應(yīng)有多種類別，試舉出一例與圖中化合反應(yīng)類別不同的實例：________________________________________用(化學(xué)方程式表示)。(2)若甲常溫下呈液態(tài)， A常溫下是固態(tài)非金屬單質(zhì)，則乙的化學(xué)式是________。若甲常溫下呈液態(tài)， A常溫下是氣態(tài)非金屬單質(zhì)，則乙的電子式是

。(3)若甲常溫下呈氣態(tài)，

A是常見的金屬單質(zhì)，寫出

A和甲在一定條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式：

。(4)若A、B業(yè)上的用途是

屬于同一主族的高硬度單質(zhì)，則

A與甲的反應(yīng)在工。高溫答案

(1)①③

SiO2＋CaO=====CaSiO3(其他答案合理即可

)(2)CO

····H·F···點燃(3)2Mg＋CO2=====2MgO

＋C

(4)制取粗硅解析 (1)利用化合反應(yīng)的定義可推知圖中①③屬于化合反應(yīng)，均屬于由單質(zhì)化合成化合物， 與其不同的應(yīng)為化合物之間的化合， 如高溫SiO2＋CaO=====CaSiO3。(2)若甲常溫下為液態(tài)，應(yīng)為H2O，A為常溫下的非金屬固體單質(zhì)，應(yīng)為碳，則乙為CO，B為H2，C是O2；若甲常溫下為氣態(tài)非···金屬單質(zhì)應(yīng)為F2，乙為HF，B為O2，C是H2，乙的電子式為H·F·?！?3)若甲常溫下呈氣態(tài)，A是常見的金屬單質(zhì)，應(yīng)為Mg，甲為CO2，乙為MgO，B為C，C為O2，A與甲反應(yīng)方程式為2Mg＋點燃CO2=====2MgO＋C。(4)若A、B屬于同一主族的高硬度單質(zhì)，則 A為C，甲為SiO2，乙為CO，B為Si，C為O2，C與SiO2反應(yīng)在工業(yè)上的用途是制取粗硅。6．含A一種化合物

元素的一種單質(zhì)是一種重要的半導(dǎo)體材料， 含A元素的C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料 ——光導(dǎo)纖維，C與燒堿反應(yīng)生成含

A元素的化合物

D。(1)在元素周期表中，A位于________族，與A同族但相對原子質(zhì)量比A小的元素B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為____________，A與B在原子的電子層結(jié)構(gòu)上的相同點是 。(2)易與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是________，反應(yīng)的化學(xué)方程式是。(3)將C與純堿混合高溫熔融時也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成D，同時還生成B的最高價氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成含A的化合物F。①分別寫出生成 D、F 的化學(xué)反應(yīng)方程式：____________________、____________________。②要將純堿高溫熔化，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(4)100gC與石灰石的混合物充分反應(yīng)后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L,100g混合物中石灰石的質(zhì)量分數(shù)是 ________。答案 (1)ⅣA 最外層均有4個電子，最內(nèi)層均有 2個電子(2)氫氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O高溫(3)①SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ ②D(4)50%解析 (1)A元素的單質(zhì)可作半導(dǎo)體材料，含 A元素的化合物 C是制造光導(dǎo)纖維的原料，可知A為硅元素，C為SiO2，D為Na2SiO3。比硅相對原子質(zhì)量小的同族元素 B為碳。(2)C為SiO2，能與SiO2反應(yīng)的酸只有氫氟酸。(3)SiO2與Na2CO3高溫下反應(yīng)生成 Na2SiO3和CO2，Al2O3與Na2CO3高溫下反應(yīng)生成NaAlO2和CO2，故不能用以上材質(zhì)的坩堝熔融Na2CO3。高溫(4)SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑要生成11.2L標準狀況下的CO2，需CaCO350g，SiO260g，兩者之和大于100g，若SiO2過量，CaCO3不足，產(chǎn)生CO2少于11.2L，若CaCO3過量，SiO2不高溫足，過量的 CaCO3又會發(fā)生分解反應(yīng) CaCO3=====CaO＋CO2↑，不影響CO2的量，故混合物由 50gCaCO3與50gSiO2組成?！锼季S建模硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖特色專題的歸納整合：無機非金屬材料及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)知識分析近幾年的高考試題發(fā)現(xiàn)涉及本考點的考題主要以硅的化合物知識為載體，考查硅、二氧化硅的性質(zhì)及硅的制備等相關(guān)知識，硅酸鹽材料是人類生活必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。與當今的生產(chǎn)、生活實際密不可分，新課程改革理念及新高考命題思想均要求與社會生產(chǎn)、生活緊密結(jié)合，所以相關(guān)知識一定會在今后的高考中出現(xiàn)，其題型一般以選擇題、填空題為主。[專題歸納]1．傳統(tǒng)無機非金屬材料如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。水泥 玻璃 陶瓷主要原料黏土、石灰石石灰石、石英黏土砂、純堿主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯主要反應(yīng)：Na2CO3＋高溫SiO2=====復(fù)雜的物理、化Na2SiO3＋復(fù)雜的物理、化變化CO2↑、學(xué)變化過程學(xué)變化過程CaCO3＋高溫SiO2=====CaSiO3＋CO2↑硅酸三鈣(3CaO·SiO2)硅酸二鈣組成(2CaO·SiO2)鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)重要的建筑材用途料

硅酸鈉、硅酸鈣硅酸鹽和二氧化硅制化學(xué)實驗用 在工農(nóng)業(yè)、科的玻璃儀器、窗 技、生活、實驗玻璃等 室中使用廣泛[特別提醒] (1)水泥中加入石膏是為了調(diào)節(jié)水泥的硬化速度。 (2)除普通玻璃外，還有石英玻璃、光學(xué)玻璃等。有色玻璃是在普通玻璃中加入某些金屬氧化物而制成的， 如加氧化鈷呈藍色、加二價鐵的化合物呈淡綠色等。 (3)鋼化玻璃是將普通玻璃加熱到高溫，再驟然冷卻而制成的，它具有耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕和抗震等優(yōu)點，主要用于制作運動器材、微波通訊器材、窗玻璃等。2．新型無機非金屬材料如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維等。主要特性：能承受高溫、高強度；具有電學(xué)、光學(xué)特性；具有生物功能。(1)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：主要指具有一定強度、硬度、韌性等機械性能的各種材料。如氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等，在工業(yè)、國防上有重要的應(yīng)用。(2)光導(dǎo)纖維：簡稱光纖，是一種能高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維。用于通訊、醫(yī)療、信息處理、遙感測控、照明等。(3)生物陶瓷：對機體無排異反應(yīng)，不會引起代謝作用異常。(4)壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)。[典例][2015·威海一模]X是一種新型無機非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關(guān)生產(chǎn)過程如下：為了確定C的組成，某同學(xué)進行了以下的探究過程。已知都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光導(dǎo)纖維。

F、G按要求回答下列問題：(1)C的化學(xué)式為________；X的化學(xué)式為________。(2)寫出下列方程式：反應(yīng)②的化學(xué)方程式

；反應(yīng)⑦的離子方程式

。[答案]

(1)SiCl4

Si3N4(2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HClSiO2－＋2HO＋2CO===HSiO↓＋2HCO32223

－3[解析]由I可作光導(dǎo)纖維知，I為SiO2，根據(jù)題給第二個框圖中的轉(zhuǎn)化關(guān)系和“F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F為硅酸，H為硅酸鈉；由E→G是加入了硝酸銀和稀硝酸，生成了難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，則E中含有氯離子；則化合物C中含硅、氯兩種元素，故C為SiCl4，D為Si(NH2)4，X為Si3N4。[考題集訓(xùn)][2015·課標全國卷Ⅰ]硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：回答下列問題：(1)寫出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式 ________。為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度外，還可采取的措施有________(寫出兩條)。(2)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是 ________(填名稱)。(3)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉 (NaBH4)，它是有機合成的重要還原劑，其電子式為 。(4)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學(xué)方程式表示制備過程?！鞔鸢?1)Mg225·2＋243BO3＋2MgSO4提BOHO2HSO=====2H高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)(七水)硫酸鎂 (3)△ △(4)2H3BO3=====B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg=====2B＋3MgO解析 (1)Mg2B2O5·H2O 與硫酸反應(yīng)得到硼酸和硫酸鎂：△Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4=====2H3BO3＋2MgSO4。結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素，提高反應(yīng)速率可以適當升高溫度、減小鐵硼礦粉粒徑等。(2)“粗硼酸”中的雜質(zhì)主要是硫酸鎂。(3)NaBH

4的電子式為△

。(4)2H3BO3=====B2O3＋3H2O，結(jié)合鋁熱反應(yīng)知識，可寫出鎂置△換出B的化學(xué)方程式：B2O3＋3Mg=====2B＋3MgO。1.[高考集萃]判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)[2015山·東高考]向Na2SiO3溶液中通入過量SO2：SiO32－＋SO2＋H22SiO3↓＋2－。()3O===HSO(2)[2015上·海高考]硬度：晶體硅<金剛石。()(3)[2014?！つ细呖糫Si和SiO2都用于制造光導(dǎo)纖維。()(4)[2014四·川高考]硅膠可作為袋裝食品的干燥劑。()(5)[2014四·川高考]漂白粉、石英都屬于純凈物。()(6)[2014重·慶高考改編]氫氟酸刻蝕玻璃不涉及化學(xué)變化。()(7)[2014江·蘇高考改編]由于晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料。( )(8)[2013廣·東高考]SiO2可與HF反應(yīng)，所以氫氟酸不能保存在玻璃瓶中。

(

)答案

(1)×

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)×

(7)×

(8)√解析

(1)SO2

過量時應(yīng)生成

HSO－3，錯誤；

(3)SiO2

可用作光導(dǎo)纖維，Si用于制作太陽能電池板，錯誤；(5)漂白粉是

CaCl2與

Ca(ClO)2的混合物，石英主要成分為SiO2，錯誤；(6)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O屬于化學(xué)變化，錯誤；(7)硅用于作半導(dǎo)體材料是因為其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，與熔點高、硬度大無關(guān)，錯誤。2．[2015·江蘇高考]在CO2中，Mg燃燒生成MgO和C。下列說法正確的是( )A．元素C的單質(zhì)只存在金剛石和石墨兩種同素異形體B．Mg、MgO中鎂元素微粒的半徑： r(Mg2＋)>r(Mg)C．在該反應(yīng)條件下，Mg的還原性強于C的還原性D．該反應(yīng)中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為熱能答案 C解析A項，碳還存在C60等同素異形體，錯誤；B項，Mg的電子層數(shù)比Mg2＋多，所以半徑：r(Mg)>r(Mg2＋)，錯誤；C項，反點燃應(yīng)方程式為2Mg＋CO2=====2MgO＋C，還原劑為Mg，還原產(chǎn)物為C，根據(jù)還原劑的還原性強于還原產(chǎn)物的還原性可知，該條件下 Mg的還原性強于C，正確；D項，燃燒過程中化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化為熱量，還轉(zhuǎn)化為光能等其他能量，錯誤。3．[2015·海南高考]單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料，可由X通過如下圖所求的路線制備。其中X為Z的氧化物；Y為氫化物，分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似。回答下列問題。XMg加熱Mg2Z鹽酸Y加熱Z(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是________；由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為。(2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)方程式為，Y分子的電子式為。(3)Z、X中共價鍵的類型分別是_____