1、第四章 常见的非金属及其化合物学案 18 无机非金属材料的主角硅考纲要求 1.了解 C、Si 元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解 C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查 C、Si 元素及其重要化合物的性质及应用。知识点一 碳、硅1C、Si 单质的存在形态、物理性质及用途(1)碳在自然界既有_态又有_态。碳的同素异形体有_、_、无定形碳、_等。(2)硅在地壳中的含量占第_位，仅次于_，全部以_ 态存在，是一种亲_元素，单质硅有_和_形两种。晶体硅是良好的_材料，在计算机等电子工业，可用作_、大规模_等。硅是人类将_能转化为_能的常用材料，所以
2、硅还用于制造_。2C、Si 的化学性质(1)碳单质的化学性质常温下_(填“不”或“很 ”)活泼，在高温条件下有强 _性。可燃性：2CO 2 2CO、CO 2 CO2。= = = = =点 燃 = = = = =点 燃 还原性a与 CO2 反应的化学方程式：C CO 2 2CO；= = = = =高 温 b与水蒸气反应的化学方程式：_；c与浓 H2SO4 反应的化学方程式：_。(2)硅单质的化学性质常温下化学性质不活泼，但能与_、_、_反应。与烧碱反应的离子方程式：_。加热时与 O2 、Cl 2 等非金属单质反应，其化学方程式为_。问题思考1哪些反应体现了单质硅具有一定的金属性？知识点二 碳、硅
3、的氧化物1碳的氧化物比较2.二氧化硅与二氧化碳的性质比较二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物，其结构和主要性质可比较如下：问题思考2为什么不能用带玻璃塞的试剂 瓶盛放碱液？3SiO2 既能和 NaOH 溶液反应又能和 HF 溶液反应，一定是两性氧化物吗？知识点三 硅酸、硅酸盐1硅酸硅酸_溶于水，其酸性比碳酸_，硅酸_( 填“能”或“不能”) 使紫色石蕊试液变红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解：_ 。(2)硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程式为：_。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水份能力强，常用作_。2硅酸钠(1)物理性质白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称_，有黏
4、性。(2)化学性质水解显_性。与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与盐酸反应：_。与 CO2 水溶液反应：_。(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。问题思考4反应Na 2SiO3H 2OCO 2=Na2CO3H 2SiO3， 说明 H2CO3 的酸性强于 H2SiO3。反应Na 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2，能否说明 H2SiO3 的酸性强于 H2CO3？= = = = =高 温 3硅酸盐(1)概念：_的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成_ ，钾云母 (KH2Al3Si3
5、O12)写成_。问题思考5硅酸盐是否以氧化物的形式存在？4传统无机非金属材料(1)普通玻璃主要原料：_。生产中主要化学方程式：_。主要成分：_、_、_。(2)普通硅酸盐水泥主要原料：_、_。主要成分(写出名称和化学式 )：_。一、碳、硅及其化合物的特性物质 一般规律 硅及其化合物特性硅还原性大于碳非金属单质与强碱溶液一般不产生 H2非金属一般不与非氧化性酸反应Si一般非金属单质为绝缘体酸性氧化物一般与水反应生成相应酸酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2CO3 酸性大于 H2SiO3H2SiO3 无机酸一般易溶于水硅酸盐 大多数硅酸盐难溶于水典
6、例导悟 1 下列叙述正确的是( )A因为 Na2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2，所以硅酸的酸性比碳酸强= = = = =高 温 B碳和硅都是A 族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似C二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸听课记录： 二、无机非金属材料的使用无机非金属材料在日常生活中有广泛的用途，这些知识大多数属于识记知识。除了解前面所讲的传统无机非金属材料外，还应了解新型无机非金属材料的种类和用途。材料类别 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
7、、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性 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、接骨螺钉典例导悟 2 下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是( )A传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同听课记录： 题组一 碳及其化合物1(2010全国理综， 29)请设计 CO2 在高温下与木炭反应生成
8、CO 的实验。(1)在下面方框中，A 表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器，请在 A 后完成该反应的实验装置示意图(夹持装置，连接胶管及尾气处理部分不必画出，需要加热的仪器下方用标出) ，按气流方向在每件仪器下方标出字母 B、C ；其他可选用的仪器(数量不限)简易表示如下：导管：试管：反应管：胶塞： (插入导管表示已开孔)(2)根据方框中的装置图，填写下表仪器标号 仪器中所加物质 作用A 石灰石、稀盐酸 石灰石与盐酸作用 产生 CO2(3)有人对气体发生器作如下改进：在锥形瓶中放入一小试管，将长颈漏斗下端插入小试管中。改进后的优点是_；(4)验证 CO 的方法是 _。题组二 硅及其化合物2判
9、断下列说法是否正确：(1)SiO2 是酸性氧化物，能与 NaOH 溶液反应( )(2010山东理综13A)(2)A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料( )B水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂( )(2010江苏4A 、B)(3)可以用 Si3N4、Al 2O3 制作高温结构陶瓷制品( )(2010天津理综2B)(4)二氧化硅的分子式是 SiO2( )(2010上海2B)3(2009广东理基， 22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A B C D4(20
10、10上海，23 改编) 胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)等化合物。(1)三硅酸镁的氧化物形式为_。(2)某元素与铝元素同周期且原子半径比镁原子半径大，该元素离子半径比铝离子半径_(填“大”或“小” )，该元素和铝元素的最高价氧化物的水化物之间发生反应的离子方程式为_。(3)Al2O3、MgO 和 SiO2 都可以制耐火材料，其原因是_。aAl 2O3、MgO 和 SiO2 都不溶于水bAl 2O3、MgO 和 SiO2 都是白色固体cAl 2O3、MgO 和 SiO2 都是氧化物dAl 2O3、MgO 和 SiO2 都有很高的熔点题组一 碳族元素性质的相似
11、性和递变性1根据碳族元素的相似性与递变性、一般性与特殊性的知识，判断下列说法正确的是( )ACO 2、PbO 2 都是强氧化剂BCO 2 和 PbO2 都是弱氧化剂，CO 和 PbO 都是还原剂CSn(OH) 4 可与 NaOH 反应，但不与盐酸反应DGe 单质的熔点介于 Si、 Pb 之间，是半导体材料2根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，完成下列填空：(1)锡的2 价化合物应具有较强的_性，铅的4 价化合物应具有较强的_性。(2)已知 Sn2 的还原性比 Fe2 的还原性强，PbO 2 的氧化性比 Cl2 的氧化性强。试写出下列反应的化学方程式：氯气与锡共热：_；氯气与铅共热：_；PbO 2
12、 与浓盐酸共热：_。题组二 无机非金属材料3(2009重庆理综， 6)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )材料 主要化学成分A 刚玉、金刚石 三氧化二铝B 大理石、石灰石 碳酸钙C 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐D 沙子、石英 二氧化硅4.(2011湖北宜昌模拟)信息、材料、能源被称为新科技革命的“三大支柱” 。下列有关资讯错误的是( )A在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源B中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术，能较大程度地降低能耗，节约能源C光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的主要材料是单质硅D结构陶瓷碳化硼(B 4C3)常用于制造切削工具，它是一种新型无
13、机非金属材料题组三 硅及其化合物的性质5下列关于硅的说法中，不正确的是( )A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应6.如图所示物质的转化关系中，A 是一种固体单质，E 是一种白色沉淀。请回答下列问题：(1)B 的化学式是_，目前 B 已被用作_的主要原料。(2)B 和 a 溶液反应的离子方程式是_ 。(3)A 和 a 溶液反应的离子方程式是_。(4)C 和过量的盐酸反应的离子方程式是_。题组四 实验探究7(2009浙江理综， 28)单晶硅
14、是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质 )，粗硅与氯气反应生成四氯化硅 (反应温度450500)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质 SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5沸点/ 57.7 12.8 315 熔点/ 70.0 107.2 升华温度/ 180 300 162请回答下列问题：(1)写出装置 A 中发生反应的离子方程式： _。(2)装置 A 中 g
15、管的作用是_ ；装置 C 中的试剂是 _；装置 E 中的h 瓶需要冷却的理由是_。(3)装置 E 中 h 瓶收集到的粗产物可通过精馏( 类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号) 。(4)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成 Fe2 ，再用KMnO4 标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式为5Fe2 MnO 8H =5Fe3 Mn 2 4H 2O。 4滴定前是否要滴加指示剂？_( 填“是”或“否”) ，请说明理由：_。某同学称取 5.000 g 残留物，经预处理后在容量瓶中配制成 100 mL
16、 溶液，移取 25.00 mL 试样溶液，用 1.00010 2 mol L1 KMnO4 标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液 20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是_。学案 18 无机非金属材料的主角硅【课前准备区】知识点一1(1)游离 化合 金刚石 石墨 C 60(2)二 氧 化合 氧 晶体 无定 半导体 半导体芯片 集成电路 太阳 电 光电池2(1)不 还原b.CH 2O(g) COH 2= = = = =高 温 cC 2H2SO4(浓) CO22SO 22H 2O= = = = = (2)F2 HF 强碱Si2OH H2O=SiO 2H 223SiO 2 SiO2；Si
17、2Cl 2 SiCl4= = = = = = = = = = 知识点二1.分子式 CO CO2工业制法(原理)水煤气：CH 2O(g)COH 2= = = = =高 温 CaCO3 CaOCO= = = = =高 温 2化学性质可燃性 ：2COO 22CO2= = = = =点 燃 还原性(如还原 Fe2O3)：3COFe 2O3 2Fe= = = = = 3CO 2具备酸性氧化物的通性与 Na2O2 反应：2Na2O22CO 2=2Na2CO3O2毒性 剧毒，能与人体内血红蛋白结合，使人体因缺氧而中毒 无毒，是造成温室效应的主 要气体2.物质 二氧化硅 二氧化碳化学式 SiO2 CO2主要物
18、理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水与水反应 不反应 CO2H 2O H2CO3与酸反应 SiO24HF= =SiF42H 2O 不反应与碱反应SiO2 2NaOH=Na2SiO3H2O；盛碱液的试剂瓶用橡胶塞CO22NaOH= =Na2CO3H2O 或CO2NaOH= =NaHCO3与盐反应SiO2Na 2CO3 Na= = = = =高 温 2SiO3 CO2；SiO 2 的难挥发性Ca(ClO)2CO 2H 2O=CaCO32HClO；CO 2Na 2CO3H 2O=2NaHCO3化学性质与碱性氧化物反应 SiO2CaO CaSi= = =
19、= =高 温 O3CO2CaO CaCO= = = = = 3知识点三1不 弱 不能(1)H2SiO3 SiO2H 2O= = = = = (2)H2SiO32NaOH= =Na2SiO32H 2O(3)干燥剂2(1)水玻璃(2)碱 Na 2SiO32HCl =2NaClH 2SiO3Na2SiO3CO 2H 2O=H2SiO3Na 2CO33(1)由硅、氧和金属元素组成的化合物(2)Na2OSiO2 K 2O3Al2O36SiO22H2O4(1)纯碱、石灰石、石英 Na 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2、CaCO 3SiO 2 CaSiO3CO 2= = = = =高 温 = =
20、= = =高 温 Na 2SiO3 CaSiO 3 SiO 2(2)石灰石 黏土硅酸三钙(3CaOSiO 2)、硅酸二钙 (2CaOSiO2)、铝酸三钙 (3CaOAl2O3)问题思考1Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2Si4HF= =SiF42H 22由于玻璃中含有 SiO2，能与碱反应生成具有粘性的物质，将瓶塞和瓶子粘在一起打不开。3不是，因为 SiO2 与 HF 反应生成的不是盐和水。4反应是离子反应，实质是 H2CO3 电离出的 H 被 SiO23 结合生成 H2SiO3，说明H2CO3 的电离性强于 H2SiO3，即酸性 H2CO3H2SiO3；而反应 是高温下的非离子反
21、应，它之所以能发生是因为 CO2 气体离开了反应体系，其中并无 H2CO3 和 H2SiO3 两种物质，更谈不上二者酸性的比较。5由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以结构复杂的盐的形式存在的。【课堂活动区】一、2CSiO 2 Si2CO = = = = =高 温 硅可与强碱溶液反应产生 H2Si4HF= =SiF42H 2硅为半导体，常用于电子部件SiO2 不溶于水，不与水反应SiO24HF= =SiF42H 2O但以下反应不符合此规律 Na2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2 CaCO3SiO 2=
22、 = = = =高 温 CaSiO3CO 2= = = = =高 温 硅酸和原硅酸均难溶于水常见的可溶性硅酸盐为 Na2SiO3，水溶液称水玻璃、泡花碱典例导悟1 D 根据酸盐之间复分解反应进行的方向判断酸性强 弱一般是在常温湿态下适用，在高温干态下不适用，事实是碳酸酸性比硅酸 强，故 A 项错误；CO 2 和 SiO2 的结构不同，在物理性质方面有很大的差异，故 B 项错误；SiO 2 与氢氟酸反 应，不属于酸性氧化物与酸的一般反应，在此反应中 SiO2 没有表现碱性，故 C 项错误；SiO 2虽属于酸性氧化物，但不能直接与H2O 反应生成 H2SiO3，D 项正确。2 B 无机非金属材料分
23、为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有 许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有 压电效应、具有生物功能等。【课后练习区】高考集训1(1)如下图所示(2)仪器标号 仪器中所加物质 作用B 饱和碳酸氢钠溶液 除去 CO2 中的 HCl 气体C 浓硫酸 除去 CO2 中的水蒸气D 干燥木炭粉 与 CO2 反应产生 COE 氢氧化钠溶液 吸收未反应的 CO2(3)可以通过控制加酸的量，来控制
24、气体产生的快慢；同时小试管中充满盐酸，可以起到液封作用，防止反应激烈时气体经漏斗冲出(4)点燃气体，火焰呈蓝色，再用一个内壁附着有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上，烧杯内壁的石灰水变浑浊解析 (1)根据题意，要证明二氧化碳与木炭反应生成一氧化碳，需要以下操作：先将得到的二氧化碳经过盛有饱和碳酸氢钠溶液的试管，除去气体中混有的氯化氢气体，然后通 过浓硫酸除去二氧化碳中的水蒸气，以免水与木炭反应会干扰 到 CO 的检验，将 经过净化的二氧化碳通过加热的木炭粉后用氢氧化钠溶液除去未反应的二氧化碳，以免干扰 CO 的检验。 (2)各个仪器装置中所盛试剂及其作用：B 中：饱和的碳酸氢钠溶液，除去 CO2 气体
25、中的氯化氢气体；C 中：浓硫酸，除去二氧化碳中的水蒸气； D 中：干燥的木炭粉，目的是与二氧化碳反应产生 CO；E 中为氢氧化钠溶液，除去未反 应的二氧化碳。(3)将长颈漏斗下端插入一小试管中的优点：一是可以控制反 应的快慢，通过控制加入的酸的用量来控制反应产生的气体的快慢；二是防止容器内因压力过大造成气体从长颈漏斗中逸出。(4)验证一氧化碳的方法可以利用一氧化碳的可燃性进行，将气体点燃，然后在火焰上方罩一内壁涂有澄清石灰水的烧杯，若火焰呈 蓝色且澄清石灰水 变浑浊， 证明产生了一氧化碳。2(1) (2) (3) (4)3C 4(1)2MgO3SiO 2nH2O(2)大 Al(OH) 3OH
26、=AlO 2H 2O 2(3)ad解析 (1)硅酸盐用氧化物的形式来表示组成的书写顺序是：活 泼金属氧化物较活泼金属氧化物非金属氧化物二氧化硅水，并将氧化物的数目用阿拉伯数字在其前面表示。比如斜长石 KAlSi3O8: K2OAl2O36SiO2。(2)与铝元素同周期且原子半径大于镁的元素是钠，其离子半径大于铝的离子半径；两者氢氧化物反应的离子方程式为：Al(OH) 3OH =AlO 2H2O；(3)分析三种氧化物，可知三 2者都不溶于水且都具有很高的熔点。考点集训1D 2(1)还原 氧化(2)Sn2Cl 2 SnCl4= = = = = PbCl 2 PbCl2= = = = = PbO 2
27、4HCl(浓) PbCl2Cl 22H 2O= = = = = 解析 稳定性： ；氧化性： ， ， (PbO2)Cl2；还原性：Pb 4 Pb 2 Sn 4 Sn 2 Pb 4 Pb 2 Sn 4 Sn 2 Pb 4 Fe2 Sn2 。根据氧化还原反 应规律可写出有关反应方程式。3A 4C5C 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽) 但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于金属 导体和非金属绝缘体之间 ，是良好的半 导体材料。硅的化学性质不活泼( 尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化 氢和 NaOH 溶液等发生反应，加 热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应。6、7
28、(1)MnO 24H 2Cl Mn2 Cl 22H 2O= = = = = (2)平衡气压 浓 H2SO4 SiCl 4 沸点较低，用冷却液可得到液态 SiCl4(3)Al、B、P(4)否 MnO 有色，故不需其他指示剂 4.48% 4解析 依题中信息可知 A 为 Cl2 的发生装置， B、C 为 Cl2净化装置，D 中发生 2Cl2SiSiCl4，生成 SiCl4 用 E 收集， B 中为饱和食盐水将 氯化氢气体除去，C 中应为浓= = = = = H2SO4 除水，由 E 中可知 SiCl4 沸点较低，用冷却液可得到液态 SiCl4；由题中信息粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，即可轻松完成 (3)问。(4)因 MnO 本来有颜色，故不再需其他指示 剂。 4由关系式5Fe2 MnO 45 1n(Fe2 ) 20.00103 L102 molL1可求出 25.00 mol 试样溶液中 n(Fe2 )0.001 mol，所以残留物中铁元素的质量分数w(Fe) 4.48% 。0.001 mol 100 mL25.00 mL56 gmol 15.00 g
