（高中化学步步高全书完整的Word版文档-2022版）第四章 第19讲　无机非金属材料　硅.docx

1、第第 19 讲讲无机非金属材料无机非金属材料硅硅 复习目标1.了解无机非金属材料的性质和用途。2.了解硅及其重要化合物的性质及应用。 3.了解硫的同素异形体的结构特点与性质，了解 CO、CO2的性质及对环境的影响。 考点考点一一硅、无机非金属材料硅、无机非金属材料 1硅单质 2二氧化硅 3硅酸 4硅酸盐 (1)硅酸盐是由硅、氧与其他化学元素结合而成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 (2)硅酸钠 白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃。有黏性，水溶液显碱性。 与酸性比硅酸强的酸反应 a与盐酸反应的化学方程式： Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。 b与 CO2水溶液

2、反应的化学方程式： Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。 用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 (3)硅酸盐组成的表示方法：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。 氧化物的书写顺序： 活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水， 不同氧化物间以“”隔 开。 各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。 如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为 Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为 K2OAl2O36SiO2。 5无机非金属材料 (1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 常见硅酸盐材料比较 水泥玻璃陶

3、瓷 生产 原料 石灰石、黏 土 纯碱、石灰石、石 英 黏土 主要 设备 水泥回转 窑 玻璃窑 陶瓷 窑 玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2= 高温 Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2= 高温 CaSiO3 CO2。 (2)新型无机非金属材料 材料类型主要特性示例用途 高温结构 陶瓷 能承受高温， 强 度高 氮化硅陶 瓷 汽轮机叶片、 轴承、 永久性模 具等 半导体陶 瓷 具有电学特性 二氧化锡 陶瓷 集成电路中的半导体 光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等 生物陶瓷具有生物功能 氧化铝陶 瓷 人造骨骼、 人造关节、 接骨螺 钉 (1)工业上用焦炭和石英制取粗硅的

4、反应方程式为 SiO2C= 高温 SiCO2() 错因：在高温条件下生成 CO 而不是 CO2。 (2)Si 和 SiO2都可用于制造光导纤维() 错因：Si 是半导体材料，SiO2用于制造光导纤维。 (3)非金属性：CSi，则热稳定性：CH4SiH4() (4)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸() 错因：SiO2能与氢氟酸反应。 (1)工业上可用以下流程制取高纯硅，完成各步反应的化学方程式： 石英砂 焦炭 高温 粗硅 氯气 加热 SiCl4 氢气 高温 高纯硅 反应：_； 反应：_； 反应：_。 答案SiO22C= 高温 Si(粗)2CO Si(粗)2Cl2= Si

5、Cl4 SiCl42H2= 高温 Si(纯)4HCl (2)能否依据反应 Na2CO3SiO2= 高温 Na2SiO3CO2说明 H2SiO3的酸性比 H2CO3强？ 答案不能。强酸弱酸盐=强酸盐弱酸，该规律仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反 应是在高温且熔融态下进行的，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因CO2为气体，能及时 分离出反应体系，使化学反应向右进行。 题组一硅无机非金属材料的性质及应用 1(2019康定教学质量检查)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描 绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是() A

6、玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 答案C 解析陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A 项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水 泥的原料是黏土和石灰石，B 项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C 项正确；沙子的主要成分是 SiO2， 黏土的主要成分是硅酸盐，D 项错误。 2(2020河南期末)下列关于二氧化硅的说法正确的是() A二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发

7、生反应 D用二氧化硅制取单质硅时，当生成 2.24 L 气体(标准状况)时，得到 2.8 g 硅 答案C 解析二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故 A 错误；二氧化硅制成的光 导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故 B 错误；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳 酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故 C 正确；由化学 方程式 SiO22C= 高温 Si2CO，可知当生成 2.24 L(标准状况)即 0.1 mol 气体时，得到 0.05 mol 即 1.4 g 硅，故 D 错误。 3下列说法不正确的是() ASiO2能与

8、 HF 反应，因此可用 HF 刻蚀玻璃 B向 Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶 C氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为 Si3N4 D石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能 答案D 解析氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故 HF 可用于刻蚀玻璃，故 A 正确；盐酸的酸性强 于硅酸，所以向 Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸可制备硅酸凝胶，故 B 正确；根据 N 的非金属性强于 Si 及化合物中正负化合价的代数和为 0 的原则，得氮化硅的化学式为 Si3N4，故 C 正确；晶体硅是良好的半 导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，而不是二氧化硅

9、，故 D 错误。 题组二工业上制取高纯硅 4科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示： 容器中进行的反应为Si(粗)3HCl(g)= SiHCl3(l)H2(g)；容器中进行的反应为SiHCl3 H2= 高温 Si(纯)3HCl。下列说法不正确的是() A该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B和互为可逆反应 C该流程中需要隔绝空气 D粗硅制备不能通过 SiO2 HClaq SiCl4 H2 高温 Si 实现 答案B 解析A 项，反应中生成的 HCl 在反应中循环利用，正确；B 项，反应与反应对应的反应温 度不一致，不是可逆反应，错误；C 项，高温条件下，Si、SiHCl

10、3、H2都与 O2反应，故需隔绝空气，正确； D 项，SiO2不与 HCl 反应，不能通过上述途径制硅，正确。 5晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下： 粗硅与干燥的 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si(粗)3HCl= 300 SiHCl3H2； 经过纯化的 SiHCl3与过量 H2在 1 0001 100 下反应制得纯硅。 回答相关问题： (1)粗硅与 HCl 气体反应完全后， 经冷凝得到 SiHCl3(沸点为 36.5 )， 只含有少量 SiCl4(沸点为 57.6 ) 和 HCl(沸点为84.7 )，提纯 SiHCl3的方法为_。 (2)用 SiHCl3与过量

11、 H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)： 在加热 D 装置前应先打开 A 装置中分液漏斗的活塞，目的是_ _。 C 装置中烧瓶需要加热，采用的方法是_ _。 答案(1)蒸馏(2)排出系统内的空气，以防爆炸水浴加热 考点考点二二碳及其氧化物碳及其氧化物 1碳单质 (1)存在形式：有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。 (2)主要化学性质还原性 可燃性 2CO2(不足)= 点燃 2CO、CO2(足量)= 点燃 CO2 与氧化物反应 CuO：_(冶炼金属)； SiO2：_(制取粗硅)； H2O：_(制取水煤气) 与强氧化性酸 反应 浓 H2SO4： _； 浓 HNO

12、3： _ 答案C2CuO= 2CuCO2 2CSiO2= 高温 Si2CO CH2O(g)= 高温 H2CO C2H2SO4(浓)= CO22SO22H2O C4HNO3(浓)= CO24NO22H2O 2CO、CO2的性质对比 COCO2 物理性质 无色无味气体 密度比空气小 难溶于水 无色无味气体 密度比空气大 可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合血红蛋 白) 无毒(温室效应) 化 学 性 质 还原性 可燃性 还原氧化铁 无(灭火) 氧化性 与炽热炭反应 Mg 在 CO2中燃烧 与水反 应 无CO2H2OH2CO3 与碱反 应 (石灰 水) 无 Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O

13、(检验 CO2) 相互转 化 CO2 C， O2；CuO CO 用途燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、植物肥料、化工原 料等 (1)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质() 错因：它们的化学性质相似，但物理性质不同。 (2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应() 错因：同素异形体之间的转化，化合价不变，不是氧化还原反应。 (3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨() 错因：pHH2SiO3 DSiO2可与 NaOH 溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知 SiO2为两性氧化物 答案C 解析SiO2是 H2SiO3的酸酐，A 错误；SiO22C= 高温 Si2CO，说明还原性 CSi，但不

14、能比较非 金属性，B 错误；CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3，说明酸性 H2CO3 H2SiO3，C 正确；两性氧 化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是其特殊性质，不能和其他酸发生反 应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，D 项错误。 二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。 6向某碳酸钠溶液中逐滴加 1 molL 1 的盐酸，测得溶液中 Cl 、HCO 3的物质的量随加入盐酸体积 的关系如图所示，其中 n2n132，则下列说法中正确的是() AOa 段反应的离子方程式与 ab 段反应的离子方程式相同 B该碳酸钠溶液中含有 1 mo

15、l Na2CO3 Cb0.6 D当 V(盐酸)b L 时生成 CO2的物质的量为 0.1 mol 答案CD 解析结合图像知 Oa 段反应为 CO2 3H =HCO 3， a 之后： HCO 3H =H2OCO2， A 项错误； 由加入 a L 盐酸时生成 HCO 3为 0.5 mol，可知 n(HCl)0.5 mol，n(Na2CO3)0.5 mol，B 项错误；由 n2n1 32，可推知 n20.6 mol，n10.4 mol，C 项正确；当盐酸为 b L 时产生 n(CO2)0.1 mol，D 项正确。 7(2020黑龙江大庆铁人中学月考)青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的 46

16、 种化学 品之一，其化学式为 Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀 HNO3溶液处理时，还原产物只有 NO，下列说法不 正确的是() A青石棉是一种硅酸盐材料 B青石棉溶于足量的硝酸得到澄清溶液 C青石棉的化学组成可表示为 Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O D1 mol 青石棉能使 1 mol HNO3被还原 答案B 解析硅酸盐指的是硅、氧与其他元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称， 青石棉是一种硅酸盐材料，A 正确；青石棉中硅元素以硅酸根离子的形式存在，与硝酸反应时生成硅酸， 不溶于水，B 错误；硅酸盐写成氧化物形式的先后顺序为：活泼金属氧化物，较

17、活泼金属氧化物、二氧化 硅、水，所以青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为 Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O，C 正确；青石棉 中含有二价铁，根据氧化还原反应中得失电子守恒，有关系式：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OHNO3，所 以 1 mol 青石棉能使 1 mol 硝酸被还原，故 D 正确。 三、非选择题 8水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属 的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示： 回答下列问题： (1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是 _，还可

18、以使用_代替硝酸。 (2)沉淀 A 的主要成分是_，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为 _ _。 (3)加氨水过程中加热的目的是_ _。 沉淀 B 的主要成分为_、_(填化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀 H2SO4处理后，用 KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量， 滴定反应为： MnO 4H H2C2O4Mn2CO2H2O。 实验中称取 0.400 g 水泥样品， 滴定时消耗了 0.050 0 molL 1的 KMnO4溶液 36.00 mL，则该水泥样品中钙元素的质量分数为_。 答案(1)将样品中可能存在的 Fe2 氧化为 Fe3 H2O2 (2)Si

19、O2SiO24HF=SiF42H2O(3)防止胶体生成，易于沉淀分离Al(OH)3Fe(OH)3 (4)45.0% 解析(1)水泥样品中含有铁的氧化物。加入盐酸后的溶液中可能含有 Fe3 、Fe2，Fe2在 pH 为 45 时不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化剂将 Fe2 氧化为 Fe3，故加入硝酸的目的是将样品中可能存在 的 Fe2 氧化为 Fe3；双氧水是一种强氧化剂，可将 Fe2氧化为 Fe3，本身被还原为水，不会引入新的杂质 离子，故可用双氧水代替硝酸。 (2)钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不与盐酸、硝酸反应， 故沉淀 A 的主要成分为 SiO2；

20、二氧化硅可与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，该反应的化学方程式为 SiO2 4HF=SiF42H2O。 (3)Fe3 和 Al3在 pH 为 45 时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝，水解过程中会生成氢氧化铁胶体和氢 氧化铝胶体，不利于分离出沉淀，加热可使胶体聚沉，有利于分离出沉淀，所以加热可防止胶体的生成， 易于沉淀分离，故沉淀 B 的主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3。 (4)根据化合价升降法、电荷守恒和质量守恒配平可得：2MnO 46H 5H2C2O4=2Mn210CO2 8H2O，设含钙的物质的量为 x mol，由反应方程式和钙元素守恒可得关系式： 5Ca2 5H2C2O42MnO

21、4 5 mol2 mol x mol0.050 0 molL 136.00103 L 解得 x4.510 3，则 0.400 g 水泥样品中钙元素的质量为 4.5103 mol40 gmol 10.180 g，故该水 泥样品中钙元素的质量分数为0.180 g 0.400 g100%45.0%。 9某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知：PdCl2溶液可用于检验 CO，反应的化学方程式为 COPdCl2H2O=CO22HClPd(产生 黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的 N2，其原因是_ _。 (2)装置 B 的作用是_。 (3)

22、装置 C、D 中所盛试剂分别为_、_，若装置 C、D 中溶液均变浑浊，且经检测两气 体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_。 (4)该装置的缺点是_。 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_ _。 答案(1)要用 N2将装置中的空气排尽，避免空气中的 O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰 (2)作安全瓶，防止倒吸 (3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO24C= 高温 2CO22CO3Si (4)没有尾气吸收装置来吸收 CO (5)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性强于硅酸 解析(1)碳与二氧化硅反应需在高温下进行，高温下，碳与空气中的氧气也能反应，所以实验时要将

23、 装置中的空气排尽，则需要通入足够长时间的 N2。(2)根据装置图可知，B 装置可以作安全瓶，防止倒吸。 (3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳，也可能生成二氧化碳，所以 C 装置用来检验是否 有二氧化碳，D 装置用来检验是否有一氧化碳，装置 C、D 中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若 装置 C、D 中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，且经检测两气体产物的物质的量相等，根 据原子守恒可知，化学方程式为 3SiO24C= 高温 2CO22CO3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空 气中，而该装置没有尾气吸收装置来吸收 CO。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，产生的 CO2气体先通过饱 和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应 CO2H2ONa2SiO3=Na2CO3 H2SiO3，说明酸性：H2CO3H2SiO3。