非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角——硅

1、非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅1了解C、Si的單質的主要性質與應用。2了解C、Si重要化合物的主要性質和應用。3了解硅與無機非金屬材料的關系。4了解碳元素單質及其重要化合物對環(huán)境質量的影響。5以上各部分知識的綜合應用。本專題的復習宜采用：(1)分析遷移法，即由物質的屬類去分析其應具有的性質。如晶體硅屬于原子晶體，應具有較高的熔點等；二氧化硅屬于酸性氧化物，能與堿溶液反應生成硅酸鹽和水。(2)比較不同法，如二氧化硅與二氧化碳晶體結構不同，二者物理性質有較大的差異。(3)特殊法，即是在抓知識規(guī)律化、網絡化的同時，要注意物質的特殊性，完善對反應規(guī)律的認識，如硅及其化合物有許多反應是在高

2、溫下的固態(tài)反應，從而把握解題的切入點和突破口。(4)聯(lián)系實際法，如CO、CO2與環(huán)境質量；Si、SiO2、硅酸鹽與無機非金屬材料。一、碳元素的單質及化合物1碳的單質2碳的重要化合物二、硅元素的單質及其化合物1二氧化硅3硅酸鹽三、無機非金屬材料1無機非金屬材料的分類(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料，如_、_、_等硅酸鹽材料。(2)新型無機非金屬材料，如_、_等。2硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷生產原料_純堿、石灰石、石英_主要設備回轉窯_陶瓷窯【答案】：一、1.金剛石石墨同素異形體CO2 CO22CO22CO C2CuO 2CuCO2C2H2SO4(濃)CO22SO22H2O切削電極2無無有Fe2O33CO2F

3、e3CO2COCuO CuCO2無無干冰CO2H2O=H2CO3Na2OCO2=Na2CO3CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O2MgCO2 2MgOC二、1.石英水晶瑪瑙高大難CaSiO3Na2SiO3H2OSiO24HF=SiF42H2O光導纖維2不無膠Na2SiO32H2OCO2H2OH2SiO32NaClH2SiO33不穩(wěn)定水玻璃防火劑三、水泥玻璃陶瓷高溫結構陶瓷光導纖維黏土、石灰石黏土玻璃熔爐1(2009南京模擬)硅在無機非金屬材料中一直扮演著重要角色，被譽為無機非金屬材料的主角。下列物品用到硅單質的是()A玻璃制品B石英鐘表C計算機芯片 D光導纖維解析：制玻璃、石英鐘表以及光導纖

4、維的含硅原料為SiO2，故A、B、D三項不合題意；計算機芯片的含硅原料為單質硅。答案：C2下列關于碳和硅的敘述中，不正確的是()A4價氧化物都與氫氧化鈉溶液反應B單質在加熱時都能與氧氣反應C氧化物都能溶于水生成相應的酸D碳和硅兩種元素都有能導電的單質解析：A項，碳和硅的4價氧化物都是酸性氧化物，都能與氫氧化鈉溶液反應；B項，碳和硅的單質在加熱時都能與O2反應，生成氧化物；C項，SiO2不溶于水，不能生成硅酸；D項，石墨是導體，晶體硅是半導體，都能導電。答案：C3下列試劑可用帶玻璃塞的玻璃瓶存放的是()ANaOH溶液 BNa2SiO3溶液C鹽酸 D氫氟酸解析：本題主要考查化學試劑的貯存方法。Na

5、OH溶液、氫氟酸均能和玻璃中的SiO2發(fā)生反應而腐蝕玻璃；Na2SiO3溶液具有很強的黏性，用帶玻璃塞的玻璃瓶盛放，Na2SiO3溶液能將瓶塞粘住。答案：C4(2009宿州模擬)青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為2價)，下列關于硅酸銅鋇的說法不正確的是()A可用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2B性質穩(wěn)定，不易脫色C易溶解于強酸和強堿Dx等于6答案：C5繼科學家發(fā)現(xiàn)C3O2是金星大氣成分之后，2004年，美國科學家通過“勇氣

6、”號太空車探測出水星大氣中含有一種稱為硫化羰(化學式為COS)的物質，已知硫化羰與二氧化碳的結構相似，但在氧氣中會燃燒，下列有關C3O2與硫化羰的說法中不正確的是()AC3O2與CO一樣可以在氧氣中燃燒生成CO2BCO、C3O2、CO2是碳的氧化物，但它們不是互為同素異形體CCOS分子中只有一種共價鍵D硫化羰在氧氣中完全燃燒后的生成物是CO2、SO2解析：從題干信息描述，C3O2中的碳元素不是最高正價，則應該像CO一樣可以在氧氣中燃燒生成CO2；CO、C3O2、CO2是碳的氧化物，但不是碳元素的單質，故不可能互為同素異形體；硫化羰與二氧化碳的結構相似則分子中應該有碳氧雙鍵和碳硫雙鍵兩種共價鍵；

7、COS在氧氣中會燃燒，完全燃燒后的生成物應該是CO2、SO2。答案：C6下面裝置是用來分離CO2和CO混合氣體并干燥，圖中a、c、d為止水夾，b為分液漏斗活塞，通過Y形管和止水夾分別接兩球膽，現(xiàn)裝置內空氣已排盡。為使實驗成功，甲、乙、丙分別盛放的試劑為()甲乙丙A飽和NaHCO3溶液12 mol/L鹽酸18.4 mol/L H2SO4B飽和Na2CO3溶液2 mol/L H2SO4飽和NaOH溶液C飽和NaOH溶液2 mol/L H2SO418.4 mol/L H2SO4D18.4 mol/LH2SO4飽和NaOH溶液18.4 mol/L H2SO4解析：分離CO2和CO應該先把CO2吸收，干

8、燥后用一個球膽收集CO，然后再用酸制出CO2，干燥后用另一個球膽收集，故丙裝置中一定是濃硫酸(18.4 mol/L H2SO4)，另外，飽和NaHCO3溶液不能吸收CO2，用飽和Na2CO3溶液吸收CO2，再用酸制CO2時會改變CO2的量，且吸收效果不如飽和NaOH溶液，故選C。答案：C7某科研小組用高嶺土(主要成分是Al2O32SiO22H2O并含少量CaO、Fe2O3)研制新型凈水劑(鋁的化合物)，其實驗步驟如下：將土樣和純堿混勻，加熱熔融，冷卻后用水浸取熔塊，過濾，棄去殘渣，濾液用鹽酸酸化，經過濾分別得到沉淀和溶液，溶液即為凈水劑。(1)寫出熔融時高嶺土的主要成分與純堿反應的化學方程式是

9、(Al2O3與純堿的反應和SiO2與純堿的反應相似)_。2)最后的沉淀物是_，生成該沉淀的離子方程式是_。(3)實驗室中常用瓷坩堝、氧化鋁坩堝和鐵坩堝，本實驗在熔融高嶺土時應選用的坩堝是_。解析：(1)由題意可知Al2O3與純堿反應和SiO2與純堿反應類似，均是生成鹽和CO2，而Al2O3與Na2CO3反應生成NaAlO2；SiO2與Na2CO3反應生成Na2SiO3。(2)濾液中含有Na2SiO3和NaAlO2，向其中加入鹽酸二者均可與鹽酸反應，Na2SiO3與鹽酸反應生成H2SiO3沉淀，而NaAlO2與鹽酸反應先生成Al(OH)3沉淀，后又溶解，所以最后的沉淀是H2SiO3。(3)由于高

10、溫下SiO2和Al2O3均可和Na2CO3反應，所以應選擇鐵坩堝。答案：(1)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，Na2CO3Al2O32NaAlO2CO2(2)H2SiO3 2H=H2SiO3(3)鐵坩堝8A、B、C、D、E代表單質或化合物，它們之間的相互轉換關系如圖所示，A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質，其晶體結構與金剛石相似。請?zhí)羁眨?1)形成單質A的原子的結構示意圖為_，它的最高化合價為_。(2)B的化學式(分子式)為_，B和碳反應生成A和E的化學方程式是_。(3)C的化學式為_，D的化學式為_。 解析：根據題意A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質，可確定A為硅，分析

11、框圖，并結合中學化學知識，高溫下與碳反應生成單質硅的只有二氧化硅，因此可確定B為SiO2，依據框圖可確定C為CaSiO3，D為Na2SiO3，E為CO。答案：(1)4價(2)SiO2SiO22C Si2CO(3)CaSiO3Na2SiO31.非金屬單質一般為非導體(石墨能導電)，硅的晶體是良好的半導體材料。2Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO22CSi2CO。3非金屬單質跟堿作用一般無H2放出，但Si能跟強堿溶液作用：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。4非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si4HF=SiF42H2。 5酸性氧化物一般不與酸作用，

12、但SiO2能與HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。6SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。7無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。8硅酸鈉水溶液稱泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。 9H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但高溫下，Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2也能發(fā)生。特別提示與強堿溶液反應生成H2的固體單質有Si和Al，常作為推斷題的突破口。案例精析【例1】在一定條件下，下列物質不能和二氧化硅反應的是()焦炭純堿碳酸鈣氫氟酸高氯酸氫氧化鉀水氮氣ABC D解析二氧化硅是不溶于水

13、和酸(HF酸除外)的酸性氧化物。高溫下有一定的氧化性，如能被碳還原；也能與某些鹽反應生成硅酸鹽和揮發(fā)性酸酐；能與強堿反應。SiO2為難溶的酸性氧化物，常溫下不與一般酸反應，但能與強堿溶液反應。能與氫氟酸反應，在高溫下能與堿性氧化物、碳酸鹽、碳等反應。答案B點評本題綜合考查了二氧化硅的性質。在解答推斷題中要注意SiO2這種酸性氧化物能與HF這種酸反應的特性。特別總結二氧化硅與碳酸鈉的反應是因為生成的二氧化碳是揮發(fā)性的氣體，逸出反應體系，使反應不斷正向進行。(2007廣東高考)下列說法正確的是()A硅材料廣泛用于光纖通訊B工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術品C水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D粗硅

14、制備單晶硅不涉及氧化還原反應解析：本題考查非金屬硅及二氧化硅的知識，順利解答本題應熟悉Si及SiO2的性質，并且了解硅及二氧化硅在生產、生活中的應用。答案：A(2009山東濟寧高三期末考試)關于二氧化硅，下列途述不正確的是()A水晶的成分是二氧化硅B二氧化硅和二氧化碳在物理性質上有很大差別C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反應生成酸D二氧化硅是一種酸性氧化物，它不跟任何酸起反應解析：水晶、瑪瑙、沙子都含二氧化硅；SiO2晶體不溶于水，也不能與水反應生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸鹽與酸的反應；SiO2雖然是酸性氧化物，但它可以與氫氟酸發(fā)生反應：SiO24HF=SiF42H2O，這

15、是它的特性，氫氟酸可用于刻蝕玻璃就是利用了這一性質；CO2在通常狀況下為氣體，與SiO2的物理性質相差很大。答案：D二氧化硅與二氧化碳都屬于酸性氧化物，它們之間的異同之處可歸納如下：二氧化碳二氧化硅結構特點由二氧化碳分子構成由氧原子與硅原子構成網狀結構物理性質熔點和沸點低、可溶于水堅硬難熔的固體、不溶于水化學性質與堿(如NaOH)反應CO22NaOH=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2O與水反應CO2H2O=H2CO3_與CaO反應_CaOSiO2=CaSiO3與酸反應_4HFSiO2=SiF42H2O用途制飲料、制碳酸鹽光導纖維、光學儀器、電子部件存在空氣巖石、沙石、水

16、晶、硅藻土友情提示物質的性質不僅取決于組成微粒的性質，還取決于微粒間的結構，Si與C處于A族且二者相鄰，性質相似，但其氧化物的某些性質相差很大。其原因是CO2為獨立的小分子，分子之間的作用很小。而SiO2不存在這樣的單個分子，是靠強作用形成的巨大“分子”，其硬度很大，熔沸點很高。案例精析【例2】將過量的CO2分別通入CaCl2溶液；Na2SiO3溶液；Ca(OH)2溶液；飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是()A BC D解析CaCl2是強酸鹽，碳酸鈣能溶于鹽酸，故CO2不與CaCl2反應；硅酸的酸性較碳酸弱，故CO2能與Na2SiO3反應，生成的硅酸H2SiO3不與CO2反應；

17、氫氧化鈣最終與碳酸反應生成可溶性的Ca(HCO3)2；所有的鈉鹽均溶于水。CO2溶于水：CO2H2O=H2CO3，H2CO3的酸性比鹽酸弱，而比硅酸強。根據酸與鹽反應的規(guī)律，CO2通入CaCl2溶液無明顯現(xiàn)象(一般弱酸不能制強酸)；過量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至過量，Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最終生成Ca(HCO3)2而無沉淀產生；過量CO2通入飽和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而結晶析出。答案B

18、點評本題考查碳酸及碳酸鹽的性質。特別總結此題易出錯的地方有三個：CO2通入CaCl2溶液無明顯現(xiàn)象；CaCO3可溶于飽和CO2水溶液；NaHCO3因溶解度小而結晶析出。向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持續(xù)穩(wěn)定地通入CO2氣體，當通入氣體為8.96 L (0，1.01105 Pa)時立即停止，則這一過程中，溶液中離子的物質的量與通入CO2氣體的體積關系圖像正確的是(氣體的溶解和離子的水解忽略不計)解析：當未通入CO2氣體時，溶液中離子的物質的量為0.2 mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol OH；當通入2.24 L CO2氣體時，發(fā)生反應Ba

19、22OHCO2BaCO3H2O，此時溶液中離子的物質的量為0.2 mol Na、0.2 mol OH；當通入4.48 L CO2時，發(fā)生反應2OH CO2H2O，此時溶液中離子的物質的量為0.2 mol Na、0.1 mol ；當通入6.72 L CO2時，發(fā)生反應 CO2H2O2H此時溶液中離子的物質的量為0.2 mol Na、0.2 mol當通入8.96 L CO2時，發(fā)生反應BaCO3CO2H2OBa22H此時溶液中離子的物質的量為0.2 mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol H 。對比圖像可知選項C正確。答案：C【例1】(高考科研測試題)A、B、C、D、E、F、G、H、

20、I九種物質有如下所示反應關系：已知：a.單質E可作為半導體材料；b.化合物F是不能生成鹽的氧化物；c.化合物I溶于水呈酸性，它能跟氧化物A起反應。據此，請?zhí)羁眨?1)化合物F是_。(2)化合物I是_。(3)反應的化學方程式是_。(3)反應的化學方程式是_。解析由“單質E可作為半導體材料”可猜想E為硅，則A為SiO2，A與B反應生成的F為CO，CO是不成鹽氧化物，則A為SiO2，B為碳；碳與氧化物C反應生成CO，則C是H2O，G是H2；G與H生成H2O，則H是O2；與H2O反應生成O2的有K、Na、F2，但滿足I能溶于水呈酸性且與SiO2反應的只有F2。答案(1)CO(一氧化碳)(2)HF(氟化

21、氫)(3)CH2O(g) COH2(4)2F22H2O=4HFO2?！纠?】(2008全國卷)取化學式為MZ的黃色粉末狀化合物進行如下實驗。將化合物MZ和足量炭粉充分混合，平鋪在反應管a中。在b瓶中盛足量澄清石灰水。按圖連接好(加熱裝置及夾持裝置已略去)儀器。實驗開始時緩緩通入氮氣，過一段時間后，加熱反應管a，觀察到管內發(fā)生劇烈反應，并有熔融物生成。同時，b瓶的溶液中出現(xiàn)白色渾濁。待反應完全后，停止加熱，仍繼續(xù)通氮氣，直至反應管冷卻。此時，管中的熔融物凝固成銀白色金屬。根據以上敘述回答問題：(1)元素Z是_；(2)停止加熱前是否需要先斷開a和b的連接處？為什么？_。(3)反應管a中發(fā)生的所有反應的化學方程式是_；(4)本實驗的尾氣是否需處理？如需處理，請回答如何處理；如不需處理，請說明理由。_。 解析在通入氮氣排除空氣(O2)時發(fā)生反應，b瓶中出現(xiàn)渾濁，說明a中生成了CO2，由元素守恒可知化合物MZ中含有氧元素，即Z為O；中學階段常見黃色粉末狀物質有S或Na2O2，但均不符合題意，故無法確定M元素，部分考生缺乏應變能力，以致(3)問不敢填而失分。本題實驗流程的理解應與實驗室C與FexOy反應得到鐵聯(lián)系起來。答案(1)氧(2)不需要，因有N2不斷通入，b瓶溶液不會倒吸至a