第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅 考點(diǎn)一碳、硅單質(zhì)及其氧化物【基礎(chǔ)回顧】1.碳、硅單質(zhì)的存在形式、結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和用途:碳碳硅硅存在存在形式形式游離態(tài)和化合態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)_單質(zhì)單質(zhì)的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)金剛石金剛石:_:_結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu); ;石墨石墨: :層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu); ;C C6060: :足球形分子足球形分子晶體硅晶體硅: :與金剛與金剛石石類似的空間網(wǎng)類似的空間網(wǎng)狀狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化合態(tài)立體網(wǎng)狀碳碳硅硅物理物理性質(zhì)性質(zhì)金剛石金剛石: :熔點(diǎn)熔點(diǎn)_、硬、硬度度_;_;石墨石墨: :硬度硬度_、電的、電的_導(dǎo)體導(dǎo)體晶體硅為灰黑色晶體硅為灰黑色固體固體, ,有金屬光有金屬光澤、熔點(diǎn)澤、熔點(diǎn)_、硬、硬度度_,_,有脆性有脆性用途用途_用于制造切割刀用于制造切割刀具具,_,_用于制造電用于制造電極、鉛筆芯極、鉛筆芯晶體硅用作晶體硅用作_材料、硅芯片材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池和硅太陽(yáng)能電池很高很大較小良高大金剛石石墨半導(dǎo)體2.化學(xué)性質(zhì)碳、硅在化學(xué)反應(yīng)中,一般表現(xiàn)還原性:2C+O2 2CO點(diǎn)燃=Fe2O3+3C 2Fe+3CO高溫=2C+SiO2 Si+2CO高溫=C+2H2SO4(濃) 2SO2+CO2+2H2O=C+4HNO3(濃) 4NO2+CO2+2H2O=Si+O2 SiO2=Si+2Cl2 SiCl4=Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H23.硅的制備:對(duì)應(yīng)化學(xué)方程式為_(kāi);_;_。高溫=加熱=高溫=SiO2+2C Si(粗)+2COSi(粗)+2Cl2 SiCl4SiCl4+2H2 Si(純)+4HCl4.碳和硅的氧化物:(1)一氧化碳:CO是無(wú)色無(wú)味的有毒氣體,_溶于水,可用作氣體燃料和冶金工業(yè)的_。不還原劑(2)二氧化碳和二氧化硅。二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅類別類別均為均為_(kāi)氧化物氧化物結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn)由由_構(gòu)成構(gòu)成由氧原子、硅原子構(gòu)由氧原子、硅原子構(gòu)成成_結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)主要物主要物理性質(zhì)理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)熔、沸點(diǎn)_,_,常常溫溫下為氣體下為氣體, ,微溶于微溶于水水硬度硬度_,_,熔、沸點(diǎn)熔、沸點(diǎn)_,_,常溫下為固體常溫下為固體, ,不溶不溶于水于水酸性二氧化碳分子立體網(wǎng)狀低大高二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與水與水反應(yīng)反應(yīng)COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3不反應(yīng)不反應(yīng)與酸與酸反應(yīng)反應(yīng)不反應(yīng)不反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng): :_與堿與堿反應(yīng)反應(yīng)COCO2 2少量少量:_:_COCO2 2過(guò)量過(guò)量:_:_ _ _(_(盛堿盛堿性溶液的試劑瓶性溶液的試劑瓶用用_塞塞) )CO2+2OH-= +H2OCO2+OH-=SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O橡膠23CO3HCO二氧化碳二氧化碳二氧化硅二氧化硅化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)與鹽與鹽反應(yīng)反應(yīng)如與如與NaNa2 2SiOSiO3 3反應(yīng)反應(yīng): :_或或NaNa2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2O+2COO+2CO2 2( (足量足量)=H)=H2 2SiOSiO3 3+2NaHCO2NaHCO3 3如與如與NaNa2 2COCO3 3反反應(yīng)應(yīng):_:_ _與堿與堿性氧化性氧化物反應(yīng)物反應(yīng)如與如與NaNa2 2O O反應(yīng)反應(yīng): :_如與如與CaOCaO反反應(yīng)應(yīng):_:_CO2+Na2SiO3+H2O=H2SiO3+Na2CO3高溫=SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2CO2+Na2O=Na2CO3SiO2+CaO高溫= CaSiO3【題組過(guò)關(guān)】1.(RJ必修1P81改編題)Si、SiO2廣泛用于制造晶體管、光導(dǎo)纖維等。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.附著油污的晶體管可用堿液浸泡B.光導(dǎo)纖維遇堿會(huì)影響光信號(hào)傳輸C.工業(yè)上用SiO2熱分解法冶煉硅D.自然界中硅以游離態(tài)形式存在【解析】選B。晶體管中的硅可以和堿液反應(yīng),A錯(cuò)誤;SiO2用于制造光導(dǎo)纖維,而SiO2會(huì)和堿液反應(yīng),故會(huì)影響光信號(hào)傳輸,B正確;SiO2受熱不分解,C錯(cuò)誤;硅是親氧元素,在自然界中硅以化合態(tài)形式存在,D錯(cuò)誤。2.(2018懷化模擬)單質(zhì)Z是一種常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料,可由X通過(guò)如圖所示的路線制備,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,下列說(shuō)法正確的是導(dǎo)學(xué)號(hào)79100045()A.X為酸性氧化物,能與堿反應(yīng)不能與酸反應(yīng)B.Y的化學(xué)式為SiH4C.光纖主要成分是X,具有導(dǎo)電性D.X與Mg在加熱條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+2Mg 2MgO+Si=【解析】選B。Z是半導(dǎo)體材料,即Z為Si,X為SiO2,SiO2是酸性氧化物,能與堿反應(yīng),能和HF反應(yīng),A錯(cuò)誤;根據(jù)元素守恒,Y是SiH4,B正確;SiO2無(wú)導(dǎo)電性,C錯(cuò)誤; 根據(jù)反應(yīng)過(guò)程,反應(yīng)方程式為SiO2+4Mg Mg2Si+2MgO,D錯(cuò)誤。加熱=【加固訓(xùn)練】1.四氯化硅還原法是當(dāng)前制備較高純度硅的一種方法,有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiCl4+2H2 4HCl+Si,下列說(shuō)法不合理的是()高溫=A.硅為親氧元素,在自然界中以化合態(tài)形式存在B.增大壓強(qiáng)有利于加快上述反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率C.四氯化硅可以由粗硅與氯氣通過(guò)化合反應(yīng)制得D.混入少量空氣對(duì)上述反應(yīng)無(wú)影響【解析】選D。硅為親氧元素,在自然界中以硅的氧化物和硅酸鹽的形式存在,A正確;制備較高純度硅的反應(yīng)有氣體參加,所以增大壓強(qiáng)能加快化學(xué)反應(yīng)速率,B正確;粗硅與氯氣通過(guò)化合反應(yīng)制得四氯化硅,C正確;混入少量空氣后,空氣中的氧氣會(huì)與生成的硅反應(yīng),影響硅的質(zhì)量,D不合理。2.下列說(shuō)法正確的是()A.紅寶石、瑪瑙、水晶、鉆石等裝飾品的主要成分都是二氧化硅B.SiO2是堿性氧化物,能溶于酸,故可用氫氟酸蝕刻玻璃C.向Na2SiO3溶液中通入過(guò)量CO2制備硅酸凝膠: +2CO2+2H2O=H2SiO3+2HC D.高純度的SiO2對(duì)光有很好的折射和全反射作用,可以制成光電池,將光能直接轉(zhuǎn)化為電能23SiO3O【解析】選C。紅寶石的主要成分是Al2O3,鉆石的主要成分是單質(zhì)碳,瑪瑙和水晶的主要成分是SiO2,A錯(cuò)誤;SiO2是酸性氧化物,B錯(cuò)誤;酸性:H2CO3H2SiO3,故可用Na2SiO3溶液與CO2反應(yīng)制H2SiO3凝膠,C正確;高純度的SiO2對(duì)光有很好的折射和全反射作用,可用作光導(dǎo)纖維,而光電池由單質(zhì)硅制成,D錯(cuò)誤。3.下列除雜方法正確的是()A.SiO2中含Al2O3雜質(zhì),可以加入足量NaOH溶液然后過(guò)濾除去B.CO2中含有CO雜質(zhì),可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱C.CO2中含有HCl雜質(zhì),可以通過(guò)盛有Na2CO3溶液的洗氣瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì),可以通入足量的CO2,然后過(guò)濾【解析】選B。SiO2、Al2O3均與NaOH溶液反應(yīng),A錯(cuò)誤; CO2中含有HCl雜質(zhì),應(yīng)通過(guò)盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶,C錯(cuò)誤;Na2CO3溶液與CO2反應(yīng),引入NaHCO3,D錯(cuò)誤。考點(diǎn)二硅酸、硅酸鹽及無(wú)機(jī)非金屬材料 【基礎(chǔ)回顧】1.硅酸的性質(zhì)、制備與應(yīng)用:難弱Na2CO3+H2SiO3=H2SiO3 SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3(膠體)+2NaCl2.硅酸鹽:(1)概念:由_和金屬組成的化合物的總稱,是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法:硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜,常用氧化物的形式表示它們的組成,如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成_,鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成_。硅、氧Na2OSiO2K2O3Al2O36SiO22H2O(3)硅酸鈉(Na2SiO3)又稱泡花堿。白色、可溶于水的粉末狀固體,其水溶液俗稱_,有黏性,水溶液顯_性。與較強(qiáng)的酸反應(yīng)生成硅酸:如Na2SiO3溶液與稀硫酸反應(yīng):_; 與CO2水溶液反應(yīng):_。用途:黏合劑、耐火阻燃材料。水玻璃堿Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3+Na2SO4Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO33.無(wú)機(jī)非金屬材料:(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷生產(chǎn)原生產(chǎn)原料料石灰石、石灰石、黏土黏土_黏土黏土主要設(shè)主要設(shè)備備_玻璃窯玻璃窯陶瓷窯陶瓷窯生產(chǎn)條生產(chǎn)條件件高溫高溫純堿、石灰石和石英砂水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃的生產(chǎn)。Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2高溫=CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2高溫=(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料,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)。碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu),可用作磨料。含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質(zhì)?！痉椒c(diǎn)撥】硅酸鹽用氧化物形式書寫的原則:(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)硅酸鹽用氧化物的形式表示時(shí),遵循各元素化合價(jià)不變的原則。(3)氧化物前系數(shù)配置原則:除氧元素外,其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。(4)氧化物之間以“”隔開(kāi);系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如:長(zhǎng)石:KAlSi3O8不能寫成 K2O Al2O33SiO2,應(yīng)寫成K2OAl2O36SiO2。1212【題組過(guò)關(guān)】1.(RJ必修1P80改編題)能證明碳酸比硅酸酸性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是()A.H2CO3比H2SiO3受熱易分解B.高溫下能發(fā)生反應(yīng)Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2C.CO2能溶于水生成碳酸,而SiO2卻不溶于水D.CO2通入Na2SiO3溶液中有膠狀沉淀生成高溫=【解析】選D。A項(xiàng)說(shuō)明的是熱穩(wěn)定性的相對(duì)強(qiáng)弱;B項(xiàng)是由于SiO2的熔、沸點(diǎn)高于CO2,不能據(jù)此說(shuō)明碳酸與硅酸酸性的相對(duì)強(qiáng)弱;C項(xiàng)只能說(shuō)明CO2和SiO2的溶解性的相對(duì)大小,也不能說(shuō)明碳酸與硅酸酸性的相對(duì)強(qiáng)弱;D項(xiàng)說(shuō)明碳酸能制硅酸,據(jù)此可確定碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)。2.(2018合肥模擬)天工開(kāi)物記載:凡埏泥造瓦,掘地二尺余,擇取無(wú)沙粘土而為之”,“凡坯既成,干燥之后,則堆積窯中燃薪舉火”,“澆水轉(zhuǎn)釉(主要為青色),與造磚同法”。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()導(dǎo)學(xué)號(hào)79100046A.沙子和黏土主要成分為硅酸鹽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等的主要原料【解析】選A。沙子的主要成分為SiO2,不屬于硅酸鹽,A錯(cuò)誤;“燃薪舉火”是使成型的黏土器皿發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化而制成陶器,B正確;燒制過(guò)程中鐵的化合物被氧化為氧化鐵,得到紅瓦,若澆水則發(fā)生還原反應(yīng)得到氧化亞鐵而成為青瓦,C正確;磚瓦、陶瓷的主要原料是黏土,D正確。3.(2018安慶模擬)水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域,是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2:65%70%、C:30%35%)制取水玻璃的工藝流程:下列說(shuō)法正確的是導(dǎo)學(xué)號(hào)79100047()A.原材料稻殼灰價(jià)格低廉,且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值B.操作A與操作B完全相同C.該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生改變D.反應(yīng)器中發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)為SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O【解析】選A。稻殼灰來(lái)源廣泛價(jià)格低廉,活性炭具有吸附性,有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,A正確;操作A為過(guò)濾,操作B為蒸發(fā)濃縮,是兩種不同的操作,B錯(cuò)誤;二氧化硅中,硅元素的化合價(jià)是+4價(jià),硅酸鈉中,硅元素的化合價(jià)是+4價(jià),所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒(méi)有發(fā)生改變,C錯(cuò)誤;由復(fù)分解反應(yīng)的概念可知,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O不屬于復(fù)分解反應(yīng),D錯(cuò)誤。【加固訓(xùn)練】1.昆侖玉的主要成分是Ca2Mg5Si8O22(OH)2,則其用氧化物的形式可表示為()A.CaOMgOSiO2H2OB.2CaO5MgO8SiO2H2OC.2CaOMgOSiO22H2OD.5CaO2MgO8SiO2H2O【解析】選B。根據(jù)硅酸鹽改寫成氧化物的形式要遵循原子守恒,Ca2Mg5Si8O22(OH)2可表示為2CaO5MgO8SiO2H2O,選B。2.將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加熱蒸干,再在高溫下充分灼燒,最后得到的固體物質(zhì)是()A.Na2SiO3B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2D.SiO2【解析】選A。足量CO2與水玻璃反應(yīng)生成NaHCO3和H2SiO3,在高溫條件下H2SiO3變?yōu)镾iO2,NaHCO3變?yōu)镹a2CO3,Na2CO3與SiO2反應(yīng)又生成Na2SiO3和CO2,所以最后得到的固體物質(zhì)是Na2SiO3,A正確。3.蛇紋石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3組成?，F(xiàn)取一份蛇紋石試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn),首先將其溶于過(guò)量的鹽酸中,過(guò)濾后,在所得的沉淀X和溶液Y中分別加入NaOH溶液至過(guò)量。下列敘述不正確的是()A.沉淀X的成分是SiO2B.將蛇紋石試樣直接溶于過(guò)量的NaOH溶液后過(guò)濾,可得到紅色顏料Fe2O3C.在溶液Y中加入過(guò)量的NaOH溶液,過(guò)濾得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2D.溶液Y中的陽(yáng)離子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+【解析】選B。向蛇紋石試樣中加入過(guò)量的鹽酸,其中的MgO、Al2O3、Fe2O3溶解形成含Mg2+、Al3+、Fe3+和H+的溶液Y,SiO2不溶解是沉淀X,溶液Y中加入過(guò)量NaOH溶液,將得到Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀,A、C、D正確;將蛇紋石試樣直接溶于過(guò)量的NaOH溶液,其中的Al2O3和SiO2溶解形成 和 ,而MgO和Fe2O3不溶解形成沉淀,B錯(cuò)誤。2AlO23SiO