上課“衡水賽”一等獎

專題4-2含硅礦物與信息材料龍海五中化學(xué)組謝亞蘋2．常見非金屬元素（如H、C、N、O、Si、S、Cl等）

（1）了解常見非金屬單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。（2）了解常見非金屬單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3．以上各部分知識的綜合應(yīng)用。考綱要求一、碳、硅的性質(zhì)1、碳、硅及重要化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系2、碳、硅單質(zhì)的重要性質(zhì)及應(yīng)用3、硅的制備二、二氧化碳與二氧化硅的比較三、硅酸與硅酸鹽的比較一、碳、硅的性質(zhì)

1、碳、硅及重要化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)系寫出上述標(biāo)號反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式：①化學(xué)方程式：

；②化學(xué)方程式：

；③離子方程式：

；④化學(xué)方程式：

；⑤化學(xué)方程式：。2Mg+CO2=2MgO+C2C+SiO2==Si+2CO↑SiO2+2OH-==SiO32-+H2OSiO2+4HF==SiF4↑+2H2ONa2SiO3+CO2+2H2O==Na2CO3+H4SiO4↓點(diǎn)燃高溫2、碳、硅單質(zhì)的重要性質(zhì)及應(yīng)用

自主梳理P36（1）存在形態(tài)自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類。（2）單質(zhì)的性質(zhì)與用途比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：

結(jié)構(gòu)石墨：

狀結(jié)構(gòu)的晶體晶體硅：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大石墨熔點(diǎn)高、質(zhì)

，有滑膩感晶體硅硬度

、熔點(diǎn)__________空間網(wǎng)狀層大軟高化學(xué)性質(zhì)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)與氧化物反應(yīng)與CuO、SiO2反應(yīng)：C＋2CuO2Cu＋CO2↑，與O2、Cl2反應(yīng)：與O2反應(yīng)：C＋O2CO2(完全燃燒),2C＋O22CO(不完全燃燒)Si＋O2SiO2，Si＋2Cl2SiCl42C＋SiO2Si＋2CO↑化學(xué)性質(zhì)與酸反應(yīng)與濃H2SO4、濃HNO3反應(yīng)：與氫氟酸的反應(yīng)：C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，C＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2OSi＋4HF==SiF4↑＋H2↑三氯甲硅烷（SiHCl3）還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：石英砂粗硅SiHCl3(粗)SiHCl3(純)高純硅焦炭高溫HCl573K以上精餾H21357K3、硅的制備SiO2+2CSi+2CO↑1357K二、二氧化碳與二氧化硅的比較

自主梳理P371．二氧化硅SiO2屬于性氧化物，具有該類氧化物的通性。(1)與NaOH的反應(yīng)：(2)與CaO的反應(yīng)：SiO2的特性：SiO2＋4HF===。SiO2＋2NaOH==Na2SiO3＋H2O酸SiO2＋CaOCaSiO3SiF4↑＋2H2O1．二氧化硅(3)SiO2高溫反應(yīng)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑用于制造普通玻璃和光導(dǎo)纖維。

2.二氧化碳和二氧化硅的比較（1）相同點(diǎn)：都屬于酸性氧化物，如都能與堿、堿性氧化物反應(yīng)，都具有一定的氧化性，如均可與C、Mg反應(yīng)。（2）不同點(diǎn)①CO2可與水反應(yīng)生成H2CO3，而SiO2不與水反應(yīng)。

2.二氧化碳和二氧化硅的比較（2）不同點(diǎn)②SiO2在高溫時與固態(tài)Na2CO3反應(yīng)，而CO2可與Na2SiO3水溶液反應(yīng)。③SiO2可溶于氫氟酸。④二者晶體類型不同。CO2是分子晶體，而SiO2是原子晶體，故其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度差別很大。【例1】下列關(guān)于CO2和SiO2性質(zhì)的說法中，不正確的是（）A.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸B.CO2與SiO2在物理性質(zhì)上有很大的差別C.SiO2不與CaCl2溶液反應(yīng)，而CO2通入CaCl2溶液中可得到白色沉淀D.CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能與NaOH溶液反應(yīng)C解析水玻璃是Na2SiO3的水溶液，由于C比Si的非金屬性強(qiáng)，H2CO3酸性強(qiáng)于H2SiO3，故CO2能與Na2SiO3溶液反應(yīng)生成硅酸，CO2與SiO2晶體類型不同，故物理性質(zhì)差別很大，A、B選項(xiàng)都正確；CaCl2是強(qiáng)酸鹽，與SiO2、CO2都不反應(yīng)，C選項(xiàng)錯，D選項(xiàng)正確。三、硅酸與硅酸鹽的比較

自主梳理P381．硅酸(1)溶解性：溶解度很小。(2)化學(xué)性質(zhì)——弱酸性：酸性比還弱。Na2SiO3＋______==Na2CO3＋__________。(3)制備：可用硅酸鈉與酸反應(yīng)制得：。碳酸CO2＋H2OH2SiO3↓Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。2．硅酸鹽(1)硅酸鹽：是由組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。(2)硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液俗稱，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。。硅、氧和金屬水玻璃2．硅酸鹽(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，長石(KAlSi3O8)可表示為：。Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO23、硅酸鹽工業(yè)(1)普通玻璃①主要原料：

。②生產(chǎn)中主要化學(xué)方程式為

Na2CO3＋SiO2===Na2SiO3＋CO2↑

。③主要成分：

、

、

。純堿、石灰石、石英（傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料）CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑高溫高溫Na2SiO3CaSiO3SiO2(2)普通硅酸鹽水泥①主要原料：

、

。②主要成分(寫出名稱和化學(xué)式)：

。③主要性能：

。(3)陶瓷——主要是傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷，它們都是以黏土為原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。石灰石黏土水硬性硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)迷津指點(diǎn)(1)注意：對于①Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑和②Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓兩個反應(yīng)，我們應(yīng)從不同角度來理解，反應(yīng)①是在高溫條件下進(jìn)行，且高溫下生成的CO2氣體揮發(fā)，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，它符合在高溫下由不揮發(fā)性的酸酐置換揮發(fā)性酸酐的反應(yīng)規(guī)律，而反應(yīng)②，把CO2氣體通入Na2SiO3溶液，由于H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性弱，且硅酸的溶解度很小，因而促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，此反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的復(fù)分解反應(yīng)，符合強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律。(2)玻璃的形態(tài)：玻璃不是晶體，沒有固定的熔點(diǎn)，屬于玻璃態(tài)物質(zhì)。固體物質(zhì)從結(jié)構(gòu)上看主要分為三類：晶體、無定形態(tài)和玻璃態(tài)。所謂玻璃態(tài)物質(zhì)是指介于晶體和無定形態(tài)之間的一種物質(zhì)形態(tài)。玻璃態(tài)的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：它的粒子不像晶體那樣有嚴(yán)格的空間排列，但又不像無定形態(tài)物質(zhì)那樣無規(guī)則排列。玻璃所具有的這種結(jié)構(gòu)特征，決定了它沒有固定的熔點(diǎn)，而是加熱到某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，進(jìn)而變成液態(tài)。(3)鋼化玻璃是將普通玻璃加熱到高溫，再驟然冷卻而制成。它具有耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕和抗震等優(yōu)點(diǎn)，主要用于運(yùn)動器材、微波通訊器材、汽車和火車窗玻璃。

4.硅及其化合物的“反?！?/p>

（1）Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si:SiO2+2CSi+2CO↑

（2）非金屬單質(zhì)跟堿作用一般無H2放出，但Si能跟強(qiáng)堿溶液作用放出H2：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑

（3）非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si+4HFSiF4↑+2H2↑。

高溫類似的還有FeO＋C====Fe＋CO↑高溫

4.硅及其化合物的“反常”（4）非金屬氧化物一般為分子晶體，但SiO2為原子晶體。（5）酸性氧化物一般不與酸作用,但SiO2能與HF作用。

（6）無機(jī)酸一般易溶于水，但H2SiO3和H4SiO4均難溶于水。（7）硅酸鈉水溶液稱為泡花堿或水玻璃，但卻是鹽溶液。（8）H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3，但高溫下：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑也能發(fā)生。高溫硅與鋁的相似性及區(qū)別(1)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)時相似①Si、Al均與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和H2。②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3[Al(OH)3]均與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水。③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入過量CO2均生成白色沉淀。(2)區(qū)別①除氫氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不與其他酸反應(yīng)。②Al2O3、Al(OH)3屬兩性化合物。③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液與過量鹽酸反應(yīng)時現(xiàn)象不同。練習(xí)1．材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯誤的是(

)選項(xiàng)材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅A解析：A項(xiàng)，剛玉的主要化學(xué)成分為三氧化二鋁，而金剛石的主要化學(xué)成分為碳。答案：A2．“耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)”曾獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎。該復(fù)合材料的強(qiáng)度比鋼還大，用在航空航天器中代替金屬材料，可節(jié)約20%～30%的材料。下列關(guān)于該材料的敘述不正確的是(

)A．該材料屬于新型無機(jī)非金屬材料

B．該材料的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定

C．與金屬一樣具有較好的傳熱性能

D．可以替代金屬用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料C解析：耐高溫材料必須不傳熱或傳熱性能差。答案：C3、下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是（）①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A.①②B.②③C.①④D.③④C解析硅元素在地殼中的含量僅次于氧，排第二位，是構(gòu)成巖石和礦物的基本元素。水晶的主要成分為SiO2，②錯。制作光導(dǎo)纖維的原料是石英，而不是高純硅，③錯。4、硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題：（1）制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷（SiHCl3）還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：石英砂粗硅SiHCl3(粗)SiHCl3(純)高純硅焦炭高溫HCl573K以上精餾H21357K①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式

。②整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式

；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是

。SiHCl3+H2Si+3HCl1357KSiHCl3+3H2O==H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑氧氣與氫氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3（2）下列有關(guān)硅材料的說法正確的是（）碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥B.氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫陶瓷和軸承C.高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料——光導(dǎo)纖維D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高E.鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅ABC（3）硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入飽和氯化銨溶液，振蕩。寫出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并給予解釋

。試管中有白色膠狀沉淀生成，并且有刺激性氣體生成而Cl的化合價未發(fā)生變化，因此另一種元素即H元素的化合價必定降低，即另一種物質(zhì)是H2。（2）碳化硅、氮化硅為原子晶體，A、B和C都正確。玻璃是一種玻璃態(tài)物質(zhì)，無固定的熔點(diǎn)。鹽酸不能與硅反應(yīng)，而HCl在573K以上的溫度下可與硅發(fā)生反應(yīng)。因此D、E都不正確。解析

（1）①根據(jù)原子守恒即質(zhì)量守恒可以寫出SiHCl3與H2反應(yīng)的化學(xué)方程式。②SiHCl3和H2O劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，分析它們化合價的變化可知，答案（1）①SiHCl3+H2KSi+3HCl②SiHCl3+3H2O==H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑氧氣與氫氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3（2）ABC（3）現(xiàn)象：試管中有白色膠狀沉淀生成，并且有刺激性氣體生成解釋：Na2SiO3和NH4Cl均能夠水解,二者相互促進(jìn),Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解產(chǎn)生NH31357K5.下列說法正確的是（）A.硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊

B.工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C.水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)解析

B項(xiàng)工藝師利用HF刻蝕石英制作藝術(shù)品；C項(xiàng)水晶項(xiàng)鏈的成分是SiO2，餐桌上的瓷盤是硅酸鹽制品；D項(xiàng)粗硅制備單晶硅先利用氧化反應(yīng)即用Cl2氧化粗硅，再利用還原反應(yīng)即用H2還原SiCl4。A

6、

下列推斷正確的是(

)A．SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)B．Cl2、SO2均能使品紅溶液褪色，說明二者均有氧化性C．CO、NO、NO2都是大氣污染氣體，在空氣中都能穩(wěn)定存在D．能使?jié)櫇竦牡矸跭I試紙變成藍(lán)色的物質(zhì)一定是