1、第一节 无机非金属材料的主角硅,三年8考 高考指数: 1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。 2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。 3.了解常见无机非金属材料的性质和用途。,一、碳、硅单质的主要性质及应用 1.碳、硅元素在自然界中的存在形态 (1)碳：既有游离态又有化合态。 (2)硅：只有_。硅在自然界中的含量占第二位。,化合态,2.碳、硅单质的物理性质和用途(用线连接),金刚石,石墨,C60,活性炭,晶体硅,质软、能导电。可制电极,作吸附剂、脱色剂,熔点高。半导体材料和制光电 池的材料,熔点高、硬度大。制饰品和切 削工具,具有特殊结构。可能成为新型催 化剂或催化剂载
2、体,3.碳和硅的化学性质 (1)碳单质的化学性质还原性与O2反应：O2不足：_； O2充足：_。,2C+O2 2CO,C+O2 CO2,与其他物质反应： a.与CuO反应： _(可用于某些金属的冶炼)； b.与CO2反应：_； c.与水蒸气反应： _(用于生产水煤气)； d.与浓硫酸反应： _。,C+H2O(g) CO+H2,2CuO+C 2Cu+CO2,CO2+C 2CO,C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O,(2)硅的化学性质还原性与氢氟酸反应： _； 与NaOH溶液反应： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2; 与O2反应：_。,不能被浓硫 酸、浓硝酸等 强氧化
3、剂氧化,Si,常温下,与F2、氢氟酸、NaOH溶液反应,加热或高温,与O2、Cl2等反应,Si+4HF=SiF4+2H2,Si+O2 SiO2,二、碳、硅的重要化合物的主要性质及用途 1.CO的性质 (1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原 因是：与人体中_相结合，因缺氧而中毒。 (2)化学性质 可燃性：_； 还原性：CO还原Fe2O3的反应为_。,血红蛋白,2CO+O2 2CO2,Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2,2.CO2与SiO2的比较 (1)物理性质 熔沸点：CO2的熔沸点比SiO2的熔沸点 。 溶解性： CO2：可溶于水；SiO2：不溶于水。,低,(2)化学性质,
4、CO2+H2O,H2CO3,SiO2+4HF=,SiF4+2H2O,CO2+2NaOH=,Na2CO3+H2O 或,CO2+NaOH=,NaHCO3,SiO2+2NaOH=,Na2SiO3+H2O,玻璃,CO2+Na2CO3+H2O,=2NaHCO3,CO2+Na2O=Na2CO3,(3)主要用途 CO2：化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂，人工降雨。 SiO2：制光学仪器、石英玻璃。水晶可制作饰品，常用来制 造通讯材料_。,光导纤维,3.硅酸和硅酸盐 (1)硅酸 性质：透明胶状固体，难溶于水，酸性比碳酸弱。 制法：可用硅酸钠溶液与盐酸反应制得，反应的离子方程式为_。 用途：硅胶可用作催化剂的载
5、体和袋装食品、瓶装食品的干燥剂。,(2)硅酸盐 Na2SiO3水溶液俗称 ，常用于制作黏合剂、防腐剂和 耐火材料。 硅酸钠溶液在空气中易变质，反应的化学方程式为 _。 硅酸盐组成的表示 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：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为_，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为：_。,Na2OSiO2,CaO3MgO4SiO2,水玻璃,三、常见无机非金属材料的生产用途 1.硅酸盐材料 (1)三种硅酸盐工业生产比较,石灰石、黏土,纯碱、石灰石,黏土,水泥回转窑,玻璃窑,和石英,(2)主要用途 陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。 2.特殊功能的
6、含硅物质 (1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。 (2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。 (3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。,1.晶体硅是光导纤维的主要成分。( ) 【分析】光导纤维的主要成分是二氧化硅。 2.SiO2既能与酸反应又能与碱反应，所以它是一种两性氧化 物。( ) 【分析】SiO2只能与酸中的氢氟酸反应生成SiF4和H2O，且 SiF4不是盐，而与其他酸都不反应，与碱反应，SiO2是一种 酸性氧化物。,3.工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2+C Si+CO2。( ) 【分析】反应生成的是CO而不是CO2。 4.不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，不能用瓷坩埚
7、来加 热烧碱或纯碱使其熔化。( ) 【分析】SiO2难溶于水，不与水反应，在高温下SiO2能与NaOH、Na2CO3发生反应导致瓷坩埚被腐蚀。,5.实验室中保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞。( ) 【分析】SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞粘在一起，不易开启。,硅及其化合物的特性 1.硅 (1)硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅却只有化合态。 (2)硅的还原性强于碳，但碳能还原SiO2：SiO2+2C 2CO+Si 。 (3)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱溶液作用放出H2：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。,(
8、4)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应。 (5)非金属单质一般为非导体，但硅为半导体。 2.二氧化硅 (1)非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔点却很高。 (2)酸性氧化物一般不跟酸反应，但SiO2能跟氢氟酸反应。,3.硅酸 (1)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。 (2)H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O= H2SiO3+Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 能发生是因为生成的CO2容易挥发。,【高考警示钟】 (1)不要混淆硅和二氧化硅的用途 用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于
9、制作光导纤维的是SiO2而不是硅。 (2)不要混淆常见含硅物质的成分 计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。 水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。 传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。,【典例1】(2011山东高考)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素( ) A.在自然界中只以化合态的形式存在 B.单质常用作半导体材料和光导纤维 C.最高价氧化物不与酸反应 D.气态氢化物比甲烷稳定,【解题指南】解答本题注意以下三点： (1)原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半的短周期元素只有锂和硅，非金属元素则为硅。 (2)充分考虑硅及其
10、化合物的特性及用途。 (3)运用元素周期律比较气态氢化物的稳定性。,【解析】选A。通过信息可推知该元素为Si。B项，其单质能用作半导体材料，用作光导纤维的是SiO2，B错误；C项，它的最高价氧化物SiO2能与氢氟酸反应， C错误；D项，由于元素的非金属性CSi，故SiH4的稳定性弱于甲烷，D错误。,【互动探究】(1)硅在自然界中为什么全部以化合态存在？ 提示：硅是亲氧元素，容易跟氧元素结合形成二氧化硅或进一步转化为硅酸盐。 (2)实验室如何保存氢氟酸？ 提示：氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应，不能盛放于玻璃瓶中，应保存在特制的塑料瓶中。,【变式备选】硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：
11、 (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：,写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式 _。 整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学方程式_； H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_ _。,(2)下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母)。 A.碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥 B.氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承 C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维 D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制
12、成的，其熔点很高 E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅 (3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释 _。,【解析】(1)书写方程式时，由题目所给的反应物和生成物， 根据质量守恒定律配平即可。 (2)碳化硅本身是一种很好的材料，不能再用来生产水泥，A 错；Si3N4是一种高温结构陶瓷，熔点高，性质稳定，可用作 耐高温材料和轴承，B正确；光导纤维的材料为SiO2，C正确； 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂 (SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2CO3)为主要原料反应制成 的，玻璃
13、没有固定的熔点，D错；常温下，Si能与HF反应，不 与HCl反应，E错。 (3) 会发生水解相互促进反应，从而有NH3放出，同 时有白色沉淀H2SiO3生成。,答案：(1)SiHCl3+H2 Si+3HCl SiHCl3+3H2O=H2SiO3+H2+3HCl 高温下，H2遇O2发生 爆炸 (2)B、C (3)生成白色絮状沉淀，有刺激性气味的气体生成； 与 发生水解相互促进反应，,二氧化碳的性质以及 的检验 1.CO2与碱溶液反应的产物 (1)反应原理 NaOH Na2CO3 NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断 可用数轴表示：,0,1,NaOH,Na2CO3、 NaOH,Na2CO3,Na
14、HCO3、 Na2CO3,NaHCO3,NaHCO3,2.CO2与常见溶液的反应和现象 (1)Ca(OH)2 或Ba(OH)2溶液 CO2不足时，生成白色沉淀；CO2过量时，生成的白色沉淀消失，溶液变澄清。 (2)Na2SiO3溶液 CO2不足：Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3； CO2过量：Na2SiO3+2H2O+2CO2=2NaHCO3+H2SiO3。 两种情况均生成白色胶状沉淀。 (3)饱和Na2CO3溶液 Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，有白色固体析出。,3. 的检验 检验二者的基本方法是将其转化为CO2气体，再用澄清石灰水变浑浊来检验CO2。
15、如果被检物中已知没有碳酸氢盐、亚硫酸盐和亚硫酸氢盐的干扰时，可用直接加盐酸的方法检验碳酸盐。若存在其他干扰时，则需要用以下方法来检验。,【高考警示钟】 (1)CO2通入CaCl2 或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸 的酸性弱于盐酸，CO2与CaCl2或BaCl2溶液不发生反应。 (2)检验 、 时不能用Ba(OH)2或Ca(OH)2溶液来代替可 溶性钡盐或可溶性钙盐溶液，原因是OH-能将 转化为。,【拓展延伸】 CO2与常见溶液反应的其他情况 (1)Ca(ClO)2溶液 CO2少量时，生成白色沉淀。 Ca(ClO)2+H2O+CO2 =CaCO3+2HClO CO2过量时，生成无色透明
16、溶液。 Ca(ClO)2+2H2O+2CO2 =Ca(HCO3)2+2HClO,(2)NaAlO2溶液 CO2少量时， 2NaAlO2+3H2O+CO2=2Al(OH)3+Na2CO3 CO2过量时， NaAlO2+2H2O+CO2=Al(OH)3+NaHCO3,【典例2】将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的关系可表示为( ),【解题指南】解答本题注意以下两点： (1)CO2先与碱反应再与盐反应。 (2)CO2在与碱反应时，先与能生成沉淀的碱反应；CO2在与碳酸盐反应时，先与可溶性碳酸盐反应；CO2在与可溶性盐溶液反应时，
17、先与对应酸的酸性较弱的盐反应。,【解析】选C。将CO2通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，依次发生如下反应：根据沉淀生成和溶解的情况对照图像可知C正确。,O,C,n(沉淀),V(CO2),Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 2KOH+CO2=K2CO3+H2O 2KAlO2+3H2O+CO2=2Al(OH)3+K2CO3 K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 BaCO3+H2O+CO2=Ba(HCO3)2,【技巧点拨】反应顺序的判断 当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法是：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。 如将CO2通
18、入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba(OH)2反应。,【变式备选】向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体，再在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量，并将溶液加热，产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发)：,则下列分析都正确的组合是( ) 图对应溶液中的溶质为NaHCO3 图对应溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3，且二者的物质的量之比为11 图对应溶液中的溶质为NaOH和Na2CO3，且二者的物质的量之比为11 图对应溶液中
19、的溶质为Na2CO3 A. B. C. D.,【解析】选A。向NaOH溶液中通入CO2时，所得溶液中的溶质可能有：只有Na2CO3，只有NaHCO3，Na2CO3与NaHCO3，Na2CO3与NaOH。而NaOH、Na2CO3、NaHCO3分别与HCl反应的方程式为：NaOH+HCl=NaCl+H2O；Na2CO3+HCl=NaCl+ NaHCO3和NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2O。设未产生气体时消耗盐酸的体积为V1，产生CO2气体时消耗盐酸的体积为V2，由 图可知，开始就有CO2生成，故溶质应为NaHCO3，正确；由图知，开始无CO2生成，且V2=2V1，可知溶质为Na2CO3
20、和NaHCO3，且n(Na2CO3)=n(NaHCO3)，正确；由图可知，,V1=V2，所以溶质为Na2CO3，错；由图知，V1=2V2，溶质为NaOH、Na2CO3，且n(NaOH)=n(Na2CO3)，错。正确的组合为A。,【答题要领3】实验操作的原因、目的、作用的答题要点,【典例】2011福建高考T25()改编牙膏样品中碳酸钙的定量测定 利用如图所示装置(图中夹持仪器略去)进行实验，充分反应后，测定C中生成的BaCO3沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。,依据实验过程回答下列问题： (1)实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有_。 (2)在加入盐酸之前，应排
21、净装置内的CO2气体，理由是_。 (3)有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量，只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因是_。,【抽样分析】,【规范答案】(1)把生成的CO2全部排入C中，使之完全被Ba(OH)2溶液吸收 (2)装置内空气中存在少量的CO2被Ba(OH)2溶液吸收，会使测量结果偏高 (3)B中的水蒸气、氯化氢气体等进入装置C中被Ba(OH)2溶液吸收(或其他合理答案),*答题要领* 答题要素： (1)明确实验目的：做什么？ (2)明确操作目的：为什么这样做？ (3)明确结论：这样做会有什么结果？理由是什么？
22、 得分点及关键词： 本类问题注意以下得分点：操作+(目的)作用 (1)操作：怎么“做” ？为什么这样“做”。 (2)作用：需有明确的结论、判断、理由。,为了探究二氧化碳能与水发生反应生成具有酸性的物质，A、B两同学分别设计了探究实验的方案。A同学的实验方案是将二氧化碳通入紫色石蕊试液中，观察溶液的颜色变化，如图甲所示。B同学的实验方案是取四朵用石蕊试液染成紫色的干燥纸制小花，按图乙进行实验，观察小花颜色变化。请你对A、B两同学的实验探究方案进行评价：,(1)哪个同学的方案更合理：_， 理由是_。 (2)图乙中第()()步骤的目的是说明：_。 (3)能否取消步骤()？为什么？_。 答案：(1)B
23、 A不能说明使石蕊试液变色的是二氧化碳还是碳酸 (2)酸可使石蕊试液变红色，水不能使石蕊试液变红色 (3)不能，若取消步骤()，就不能证明CO2能否使石蕊试液变色,1开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是( ) A.合成纤维和光导纤维都是有机高分子材料 B.SiO2是人类将太阳能转变为电能的常用材料 C.水晶、玛瑙、水泥和瓷器都是硅酸盐制品 D.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 【解析】选D。光导纤维的成分是SiO2，A错；晶体硅是人类将太阳能转变为电能的常用材料，B错；水晶、玛瑙的主要成分是SiO2，C错。,2下列试剂中，能贮存在带磨口塞的玻璃试剂瓶里的是( ) A.K
24、OH溶液 B.液溴 C.Na2SiO3溶液 D.氢氟酸 【解析】选B。A项KOH与SiO2反应生成矿物胶K2SiO3，C项Na2SiO3本身就属于矿物胶，D项HF与SiO2反应。,3常温下，下列不发生反应的一组物质是( ) 硅与NaOH溶液 硅与盐酸 硅与氢氟酸 二氧化硅与碳酸钠 二氧化硅与NaOH溶液 二氧化硅与浓硝酸 A B C D 【解析】选D。常温下，硅能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应，二氧化硅能与NaOH溶液、氢氟酸反应。,4昆仑玉常用于制作奖牌等纪念品，其主要成分是由“透闪石”和“阳起石”组成的纤维状微晶结合体，其中透闪石的化学成分为Ca2Mg5Si8O22(OH)2。下列有关说法不
25、正确的是( ) ACa2Mg5Si8O22(OH)2属于硅酸盐 B昆仑玉是混合物，透闪石中Mg元素与Ca元素的质量比是32 C透闪石的化学式写成氧化物的形式为： 2CaO5MgO8SiO2H2O D透闪石是一种新型无机非金属材料，可能易溶于水,【解析】选D。由组成元素可知透闪石属于硅酸盐，A正确；透闪石中Mg元素与Ca元素的质量比为(245)(402) =32，B正确；透闪石的氧化物表示形式符合原化学式中各元素的物质的量之比，C正确；玉石属于传统无机非金属材料，不溶于水，D错误。,5向下列溶液中通入足量的CO2，最终无沉淀生成的是( ) Ca(OH)2溶液 Na2SiO3溶液 饱和Na2CO3
26、溶液 CaCl2溶液 漂白粉溶液 NaAlO2溶液 A. B. C. D.,【解析】选B。CO2通入Ca(OH)2溶液中的现象是先生成白色沉淀，后沉淀消失，最终无沉淀；CO2与Na2SiO3溶液反应最终会有H2SiO3沉淀生成；CO2与饱和Na2CO3溶液反应会生成NaHCO3沉淀，因为NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，且反应消耗了水，生成了质量更多的NaHCO3；CO2与CaCl2溶液不发生反应，一直无沉淀产生；足量CO2与漂白粉溶液中的Ca(ClO)2反应，最终生成Ca(HCO3)2和HClO，无沉淀产生；足量CO2与NaAlO2溶液反应，最终生成Al(OH)3沉淀和NaHCO
27、3。符合题意。,6.世博会中国馆“东方之冠”由钢筋混凝土、7 000多块红色铝板和1 200多块玻璃等建成。 (1)铝_(填“是”或“不是”)红色的，铝板和玻璃均易被烧碱腐蚀，原因是_、_。(用化学方程式表示) (2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是_。 (3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特种玻璃，石英玻璃的主要成分是_；有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)实际上不是硅酸盐材料，而是一种_(选填“橡胶”、“纤维”或“塑料”)。,【解析】(1)铝是银白色金属，而红色铝板是添加红色物质所致，Al、玻璃中的SiO2均能与NaOH发生反应而易被腐蚀，化学方程式分别为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2, SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。 (2)生产水泥与玻璃的主要原料都用到CaCO3。 (3)石英玻璃主要成分为SiO2，有机玻璃不是硅酸盐材料，而是由甲基丙烯酸甲酯在一定条件下通过加聚反应合成，因此，有机玻璃属于塑料。,答案: (1)不是 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O (2)CaCO3 (3)SiO2 塑料,
