高中化學58個精講

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高中化學58個考點精講

22、硅酸鹽工業(yè)新型無機非金屬材料

1.復習重點

水泥工業(yè)和玻璃工業(yè)的基本原理；新型無機非金屬材料的特性及主要用途

2.難點聚焦

1.硅酸(H2SiO3)

酸性很弱(弱于碳酸)溶解度很小，由于SiO2不溶于水，硅酸應用可溶性硅酸鹽和其他酸性比硅酸強的

酸反應制得。

Na2SiO3+2HCl==H2SiO3+2NaCl

硅膠多孔疏松，可作干燥劑，催化劑的載體。

四.硅酸鹽

硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱，分布廣，結(jié)構(gòu)復雜化學性質(zhì)穩(wěn)定。一般不溶于水。

(Na2SiO3、K2SQ3除外)最典型的代表是硅酸鈉NazSiCh：可溶，其水溶液稱作水玻璃和泡花堿，可作肥

皂填料、木材防火劑和黏膠劑。常用硅酸鹽產(chǎn)品：玻璃、陶瓷、水泥。

2.硅單質(zhì)與碳相似，有晶體和無定形兩種。晶體硅結(jié)構(gòu)類似于金剛石，有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高

(1410℃),硬度大，較脆，常溫下化學性質(zhì)不活潑。是良好中半導體，應用：半導體晶體管及芯片、光電

池。\\

五.氯元素：位于第三周期第VDA族，原子結(jié)構(gòu)：c'''以易得到一個電子形成氯離子C「為典型的

非金屬元素，在自然界中以化合態(tài)存在。<7/y7

3.例題精講//

［例1］熔融氫氧化鈉反應選用的器皿是［答案：D

A.陶瓷用煙B.石英用埸C.普通玻璃塔煙D.生鐵生煙

分析：陶瓷的成分中含有SiOz,石英的成分就是SiOz,玻璃的主要成分中也含有SiOz,而SiOz在高溫

下可以跟NaOH發(fā)生如下反應：SiO2+2NaOH^^Na2SiO3所以A、B、C的器皿都不能選用，只能內(nèi)生鐵用煙。

［例2］下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是［］。

A.硅酸鈉溶液B.氫氟酸C.氫氧化鈉溶液D.氯化鈉溶液

分析：玻璃的主要成分之一二氧化硅，它能跟氫氟酸迅速反應，所以，氫氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷

容器中，只能保存在鉛皿或塑料瓶中。氫氧化鈉溶液與二氧化硅在常溫下反應十分緩慢，所以可以盛放在玻

璃瓶中，但瓶的磨口處的二氧化硅跟氫氧化鈉緩慢反應后，生成的硅酸鈉是一種礦物膠，使瓶塞與瓶口粘在

一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸鈉溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞(原因同氫氧化鈉溶

液)。氯化鈉溶液不跟玻璃中各種成分反應。答案：AC

［例3］普通玻璃的主要成分為Na2SiO3-CaSiO3-4SiO2

(1)試計算普通玻璃中相當含有Na?。，CaO和SiOz的質(zhì)量分數(shù)各是多少？

(2)制造50kg普通玻璃，需要純堿、碳酸鈣和二氧化硅各多少千克?

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分析：Na2SiO3-CaSiO3-4Si()2可用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成為：Na2O-CaO-6Si02o

(1)NazO的摩爾質(zhì)量為62g/mol,CaO的摩爾質(zhì)量為56g/mol,SiCfe的摩爾質(zhì)量為60g/mol。

M(CaO)

M(NaQ)CaO的質(zhì)量分數(shù):X100%

Na2。的質(zhì)量分數(shù)X100%

M(Na2O*CaO*6SIO2)

M(Na2O?CaO?6SIO2)

=^1^X100%=13%=100%=11.7%

478g478g

M(6SiO)

SiOa的質(zhì)量分數(shù):2X100%

M(N為0/CaO?6sle

(60X60)g

X100%=75.3%

478g

(2)由第(1)題求出普通玻璃中各氧化物的質(zhì)量分數(shù)，可計算50kg普通玻璃中N&O、CaO和SiOz的含量:

m(Na20)：50kg義13%=6.5kgm(CaO)：50kgX11.7%=5.85kg

m(Si02)：50kgX75.3%=37.65kg再求需純堿、碳酸鈣和二氧化硅的質(zhì)量：

M(NaO)62g

m(NaCO)6.5k+2=6.5g+11.11kg

23W

M(Na2CO3)

m(CaCO3)5?叱藍:款)=585+需=10.45kg

m(Si02)：37.65kg

答案：(1)普通玻璃中Na2O的質(zhì)量分數(shù)為13%,CaO的質(zhì)量分數(shù)為11.7%,SiO,質(zhì)量分數(shù)為75.3%。

(2)制造50kg普通玻璃，需要純堿11.11kg、碳酸鈣10.45kg、二氧化硅37.65kg。

［例4］有A、B、C三種不溶于水的固體。A是某元素的一種單質(zhì)，它在氧氣中完全燃燒得到一種無色

氣體，此氣體能使澄清石灰水變渾濁，另外測得這種氣體密度為同溫、同壓下氧氣密度的1.375倍。B固體

能溶于熱氫氧化鈉溶液，再往所得溶液中加入過量鹽酸時，析出白色膠狀沉淀。此沉淀干燥后，成為不溶于

水的白色粉末，這是一種比碳酸酸性還弱的酸。將B與石灰石、純堿按比例混合加熱得到C,C在高溫時軟

化，無固定熔點。

根據(jù)以上事實，判斷A為哪種元素的單質(zhì)？B、C各是什么物質(zhì)？寫出有關(guān)反應的化學方程式。

分析：先求出A燃燒后生成的氣體的相對分子質(zhì)量，根據(jù)該氣體的相對分子質(zhì)量及其反應現(xiàn)象可推出單

質(zhì)A；再根據(jù)B的有關(guān)反應現(xiàn)象可推出B；最后根據(jù)制取C的方法及C的性質(zhì)可推出Co

A物質(zhì)燃燒后生成的氣體的相對分子質(zhì)量為：32X1.375=44

該氣體能使澄清石灰水變渾濁，所以該氣體為二氧化碳，A為碳元素的一種單質(zhì)。

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根據(jù)B物質(zhì)能與氫氧化鈉反應，且能繼續(xù)與過量的鹽酸反應生成一種比碳酸還弱的酸，可推出B物質(zhì)為

二氧化硅。

C物質(zhì)由石灰石、純堿、B物質(zhì)（二氧化硅）混合加熱而得，結(jié)合C物質(zhì)在高溫時軟化且無固定熔點,

可推知C物質(zhì)為普通玻璃。

答案：A為碳兀素的一■種單質(zhì)。C+02=^=C02

B為SiOzSi02+2Na0H==Na2Si03+H20Na2Si03+2HC1=2NaC1+H2Si03I

C為普通玻璃Na2C03+SiO2==Na2Si03+C02tCaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2t

［例5］某硅酸鋅樣品含58.6%的鋅，而ZnO%與SiO?%的質(zhì)量分數(shù)的總和為100%,寫出這樣品的化學式

（最簡式）。

分析：題目要求寫出這樣品的化學式（最簡式），即是要求通過計算找出ZnO與SiOz的物質(zhì)的量之比值,

然后用SiO?和ZnO的形式表示此硅酸鋅樣品的組成。

可先由Zn%求算出ZnO%,并求出SiO?%。然后再運用求最簡式最基本的方法求出此硅酸鋅的組成。

蟀ZnO%=Zn%^—=58.6%^-=73.0%

Si02%=l-73.0%=27.0%

則ZnO"Q=等：魯=2：1

該硅酸鋅樣品的化學式為：2ZnO-Si02o

［例6］兩個原硅酸分子的OH原子團之間可以相互作用而脫去一分子水：2H〈SiO-uHeSizOT+H?。

OH

I

HO—SiFH

原硅酸結(jié)構(gòu)為：OH

H—0—Si-|-0—H：o-H

則在所得的HsSizO7分子的結(jié)構(gòu)中，含有的硅氧鍵數(shù)目為［］

A.5R.6C.7D.8

分析：此題是一道選擇題，也是一道信息遷移題。給出的新情境是原硅酸結(jié)構(gòu)及脫水反應，考查內(nèi)容

是HeSi。分子中的硅氧鍵數(shù)目。兩個原硅酸共有8個硅氧鍵，當它們相互作用時，雖然有一個硅氧鍵斷裂,

但又形成一個新的硅氧鍵，如圖所示：

故硅氧鍵的總數(shù)目沒有變，仍然是8個。答案：D

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［例7］下列離子方程式書寫不正確的是［］

A.往NaOH溶液中通入過量CO2|CO2+OH=HCO；

B.單質(zhì)硅與燒堿溶液反應|Si+2OH-+H2O=SiO^+2Hat

C.石英砂與燒堿反應制水玻璃81°2+2OH-=SI°7+H2°

+-

D.往水玻璃中通入二氧化碳|Na2SiO3+2H2O+CO2=H4SIO4I+2Na+CO^

分析：往NaOH溶液中通入適量COZ生成正鹽Na2c。3,正鹽能與酸反應變?yōu)樗崾禁}，所以當CO?過量時即

溶液中H￡OB過量時，生成物為NaHCOs,故A式正確。

單質(zhì)硅能和燒堿溶液反應生成硅酸鈉和氫氣，NaOH是易溶于水的強堿，Na2Si03o是易溶于水的鹽，均完

全電離，故Na*可以簡化掉，B式正確。

石英的成分是二氧化硅與燒堿液發(fā)生復分解反應生成硅酸鈉和水。故C式正確。

碳酸比硅酸酸性強，所以往水玻璃即硅酸鈉的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反應物中的Na2SiO3

和生成物中的Na2cO3均為易溶于水的鹽，能完成電離寫成離子式，并且Na，可以簡化掉，故D式不正確。

正確的離子方程式應為：$喏+2比0+82=114sl。4?+CO/

［例8］有一鉛錫合金質(zhì)量為100g,完全氧化后得到氧化物的混合物質(zhì)量為116g,求合金中鉛、錫的質(zhì)

量分數(shù)各為多少？

解法一：

分析：設(shè)100g鉛錫合金中含錫xg,則含鉛（100-x）go①Sn氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是SnO?（+4價氧化物

穩(wěn)定），Sn的相對原子質(zhì)量為

119,SnC）2的式量為151,xgSn氧化生成的Sn。?質(zhì)量必為舄兆。②

Pb氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是Pb0（+2價氧化物穩(wěn)定），Pb的相對原子質(zhì)量為207,PbO的式量為223,（100-x）

為券（l°°-x）g?

gPb氧化生成的PbO質(zhì)量必

因為SnOz與PbO質(zhì)量共為116g,故可列一元一次方程，解方程求出Sn、Pb質(zhì)量。

［解］設(shè)100g錫鉛合金中含錫xg,含鉛為（100-x）go

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根據(jù)化學式所表示的元素質(zhì)量分數(shù)及題意，列代數(shù)方程式：

解得x=43.2(g)

100-x=100-43.2=56.8(g)

470

合金中含錫為：高X100%=43.2%

合金中含鉛為：蕓X100%=56.8%

答：合金中錫、鉛質(zhì)量分數(shù)分別為43.2%、56.8%

解法二：

分析：此題利用物質(zhì)的量計算也很方便。設(shè)100g合金中含xg,含鉛為(100-x)g

則含Sn的物質(zhì)的量為至mol,根據(jù)ImolSn只能生成ImolSnO2,

119

則T^molSn只能氧化生成molSnO2o

1191iy

根據(jù)同樣道理，%1moiPb只能生成%PbOo

將SnO,與PbO由物質(zhì)的量換算成質(zhì)量，質(zhì)量和為116g。

解：設(shè)100g錫鉛合金中含錫為xg,含鉛為(100-x)gSn的物質(zhì)的量=Sn()2的物質(zhì)的量

Sn(%的物質(zhì)的量為之mol

119Pb的物質(zhì)的量=PbO的物質(zhì)的量

PbO的物質(zhì)的量為嗤

Sn。?與PbO質(zhì)量和為116g

x[5]+;xx223=116

119207

解得x=43.2(g)(錫的質(zhì)量)

100-x=56.8(g)(鉛的質(zhì)量)

4??

質(zhì)量分數(shù)：Sn%=需X100%=43.2%

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Pb%=l-43.2%=56.8%

答：合金中鉛、錫分別占56.8%、43.2%

［例9］稱取兩份由碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫鏤組成的混合物7.06g。其中：一份加入過量的鹽酸，

可得COz為1792mL(在標準狀況下),另一份加熱至質(zhì)量不再減少時為止。冷卻后再跟過量鹽酸反應，可得

COz為896mL(在標準狀況下)。求原混合物中，碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫鐵的物質(zhì)的量之比。

分析：此題是根據(jù)化學方程式，計算混合物成分物質(zhì)的量之比的題。解題關(guān)鍵在于正確判斷反應物與生

成物、反應物的量與生成物的量之間的關(guān)系。

第一份7.06g混合物,各成分都跟過量的鹽酸充分反應,均生成COzoCOz體積之和為1792mL；第二份7.06g

混合物加熱后，除碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉外，碳酸氫錢則因全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)物質(zhì)而不存在固體物質(zhì)了?；旌?/p>

物中原有碳酸鈉及生成的碳酸鈉共同跟過量鹽酸反應，生成896mLC02o

解全過程發(fā)生反應的化學方程式為：

Na2co3+2HCl==2NaCl+Ha+C(M(1)

NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2f(2)

NH4HCO3+HC1==NH￡1+H2O+CO2t(3)

2NaHCO3=W2CO34-H2Ot+CO2t(4)

NH4HCO3=NH3t+H2Ot+CO2t(5)

設(shè)7.06g該混合物中含Na2cO3、NaHCOs,NH4HCO3分別為x、y、zmol

從化學方程式(1)(2)(3)可知，第一份7.06g混合物與過量鹽酸反應,

…_1792~……由

z十y十z=----—\±)

共生成CO2為(x+y+z)mol22400

從化學方程式(4)、(5)可知，第二份7.06g混合物加熱，其中

的ymolNaHCC>3生成了加。1983。當仁+菅)molNazCC^與過量

鹽酸反應時，由化學方程式(1)可知生成的CO?也為(x+1)molo

y896

：H--=-------

222400②

1792

>22400…“①

y896

xH—=-----

222400■②

106x4-84y+79z=7.06③

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X：y：z=0.02：0.04：0.02=1：2：1答：Na2C03>NaHCCh、NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1：2：1?

新型無機非金屬材料

［例10］新型無機非金屬材料跟傳統(tǒng)硅酸鹽材料相比，有什么特性？

【分析】（1）能承受高溫，強度高。如氮化硅陶瓷在1200C時仍具有高強度。

（2）具有電學特性。有的可作絕緣體，有的可作半導體、導體、超導體。

（3）具有光學特性。有的能發(fā)出各色光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達射線穿過。

（4）具有生物功能。有些對人體組織有較好的適應性，且硬度高、無毒、不溶于水，可直接植于人體內(nèi)。

［例11］請比較紅寶石和藍寶石成分的異同。人造紅寶石和人造藍寶石各有何用途？

【解答】兩者的主要成分都是AL03（剛玉）。剛玉中混有少量銘時，呈現(xiàn)紅色，就形成紅寶石；剛玉

中混有少量鈦時，呈現(xiàn)藍色，就形成藍寶石。

人造紅寶石硬度高，可制鐘表的軸承，它能放大某一波長的光而產(chǎn)生激光，可作固體激光器。人造藍寶

石因能使紫外線和可見光通過，可用于制造光學儀器。

［例12］下列說法正確的是［］

A.二氧化硅溶于水顯酸性B.光導纖維傳導光的能力非常強，利用光纜通訊，能同時傳送大量信息

C.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出CO2,所以硅酸的酸性比碳酸強

D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸。

分析二氧化硅不溶于水，不溶于強酸，但溶于氫氟酸。因為它能與堿反應生成鹽和水，所以它是酸性

氧化物。硅酸酸性比碳酸弱，它反映在COz通入NazSiOs溶液可生成硅酸。而SiO?能和Na2c高溫下反應生成

C02,它可說明不揮發(fā)的SiO?可把氣體CO?制出，但不能說明碳酸和硅酸的相對強弱。答案：B

4.實戰(zhàn)演練

一、選擇題（每小題6分，共48分）

1.以下說法正確的是

A.納米材料是指一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料B.綠色食品是指不含任何化學物質(zhì)的食品

C.生物固氮是指植物通過葉面吸收空氣中的氮氣D.光導纖維是以二氧化硅為主要原料制成的

2.實驗室存放下列各試劑的瓶塞必須用橡皮塞的是

A.澄清石灰水B.硅酸鈉溶液C.新制氯水D.氯化鈣溶液

3.2MgO-SiO2中的酸根離子是

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A.SiO：B.Si20rC.SiO；D.SiO；-

4.將過量的CO2通入下列溶液中，最終出現(xiàn)渾濁的是

A.CaCL溶液B.石灰水C.飽和Na2c。3溶液D.水玻璃

5.下列各組物質(zhì)的比較中，正確的是

A.熔點：晶體硅>碳化硅〉金剛石B.金屬活動性：錯>錫

C.穩(wěn)定性：CH4>SiH4D.酸性：H2Si03>H2C03

6.欲除去SiO2中混有的少量CaCCh和Fe2O3,最好應加入的試劑是

A.硫酸B.燒堿C.氫氟酸D.鹽酸

7.現(xiàn)有下列五個轉(zhuǎn)化，其中不可能通過一步反應實現(xiàn)的是

①SiO2——>Na2si03②C11SO4——>CuCl2③SiCh——>H2Si03

@CuO------>Cu(OH)2@Ca3(PO4)2------>Ca(H2Po4)2

A.①和②B.③和④C.②③和④D.②③④和⑤

8.下列敘述中，不氐隨的是

A.光導纖維廣泛應用于現(xiàn)代通訊，制造光導纖維的主要原料是SiO2

B.二氧化碳不宜用于撲滅金屬鈉燃燒引起的火災

C.一定條件下，可將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，這一變化是物理變化

D.氫氣作為新型燃料，其突出的優(yōu)點是氫氣輕，便于攜帶

二、非選擇題(共52分)

9.(12分)將5g含有SiO2的石灰石與267mL0.5mol?17］的鹽酸反應，所得CCh在標準狀況下的體積為

1064mLo

⑴中和剩余的鹽酸，需1mol?L_1NaOH溶液mLo

(2)燃燒1噸這種不純的碳酸鈣，最后殘留物質(zhì)量為噸。

10.(10分)氮化硅是一種耐高溫陶瓷材料，它的硬度大，熔點高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純

硅與純氮在1300℃反應獲得。

(1)氮化硅晶體屬于晶體O

(2)已知氮化硅晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且