1、第1讲 碳、硅及无机非金属材料【最新考纲】1.了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。考点一 碳、硅单质及其重要化合物的性质1C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。2.碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。【典例 1】二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。
2、ae 是对反应中 SiO2 所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是()SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO22C=高温 Si2COSiO24HF=SiF42H2ONa2CO3SiO2=高温 Na2SiO3CO2SiO23C=高温 SiC2COa反应中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b反应中SiO2表现出氧化性c反应中SiO2表现了酸性氧化物的通性d反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理e反应中SiO2未参加氧化还原反应AaceBbdeCcdeDab解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是，因此a判断错误；c判断也不正确，因为酸性氧化物是指能与碱反应生成盐
3、和水的氧化物，这正好与反应对应；反应是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应中碳的化合价由0价变为4和2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。故B项正确。答案：B碳、硅单质的特殊性(1)Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2CSiO2 Si2CO，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。(2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟 碱 液 作 用 放 出 H2，如 Si 2N
4、aOH H2O=Na2SiO32H2。(3)CO2是温室气体，但CO2不是污染性气体。(4)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，但SiO2不与水反应。(5)SiO2是酸性氧化物，SiO2却既能与酸(氢氟酸)反应又能与NaOH溶液反应。(6)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si却能与HF反应。题组一 碳、硅的单质及其化合物的性质及用途 1(教材改编)下列说法正确的是()A所有非金属单质的熔点都很低B所有非金属单质都是绝缘体C硅是计算机芯片的重要材料，二氧化硅是光导纤维的主要成分D粗硅的制备：SiO2C SiCO2解析：A项，金刚石、晶体硅属于非金属单质，但它们属于原子晶体，熔点很高，错误；B
5、项，石墨属于导体，晶体硅属于半导体，错误；D项，反应生成CO：SiO22CSi2CO，错误。答案：C2下列物质性质与用途对应关系正确的是()性质用途A硅酸钠化学性质稳定用作木材防火剂B 硅胶具有吸附水分的能力硅用作半导体材料C 二氧化硅硬度大、熔点高用氢氟酸在玻璃上刻花纹D焦炭具有可燃性焦炭还原二氧化硅冶炼粗硅 解析：硅胶吸附水，与硅用作半导体材料无关，B错误；二氧化硅硬度大，与氢氟酸和玻璃反应无关，C错误；焦炭具有可燃性，与焦炭还原二氧化硅无关，D错误。答案：A题组二 碳、硅单质及其化合物间的相关实验探究3(2016苏仙区月考)用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的
6、是()选项溶液操作及现象A饱和Na2CO3溶液通入CO2，溶液变浑浊BNa2SiO3溶液通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失CCa(ClO)2溶液通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去D澄清石灰水通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 解析：由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；B项，CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3，CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失，错误；C项
7、，CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色，正确；D项，首先CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则2NaOHCa(HCO3)2=CaCO3Na2CO32H2O，溶液又变浑浊，正确。答案：B4(2016厦门十中)某同学为了验证碳和硅两种元素非金属性的相对强弱，用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。实验操作步骤：.打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。.A中看到白色沉淀时，关闭活塞a。请回答：(1)B中反应的离子方程式是_。(2)通过步骤
8、、得知盐酸具有的性质是_(填字母)。A挥发性B还原性C氧化性D酸性(3)C装置的作用是_，X是_(写化学式)。(4)为了验证碳的非金属性强于硅，步骤中未写的操作和现象是_，D中反应的化学方程式是_。(5)碳、硅 的 非 金 属 性 逐 渐 减 弱 的 原 因 是_(从原子结构角度加以解释)。解析：B中CaCO3与盐酸反应的离子方程式为CaCO32H=Ca2CO2H2O，此反应表明盐酸具有酸性，A中看到的白色沉淀是AgCl沉淀，此现象表明盐酸具有挥发性。C装置是用NaHCO3溶液除去CO2中混有的HCl气体，以保证与Na2SiO3溶液反应生成白色胶状沉淀的是CO2，此反应的化学方程式为CO2Na
9、2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3，从而说明碳酸的酸性强于硅酸，进而证明碳的非金属性强于硅。答案：(1)CaCO32H=Ca2CO2H2O(2)AD(3)除去CO2中混有的HCl气体 NaHCO3(4)关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当D中出现白色胶状沉淀后 Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3(5)碳和硅位于同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子的能力减弱，非金属性减弱考点二 硅酸盐及无机非金属材料1硅酸硅酸难溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(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，其化学方程式为：H2SiO3 SiO2H2O。(2)
10、硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体，硅胶有很强的吸水能力，常用作干燥剂。2硅酸盐(1)概念：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，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，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成 Na2OSiO2，钾 云 母(KH2Al3Si3O12)写 成K2O3Al2O36SiO22H2O。(3)硅酸钠(Na2SiO3)。白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。它能与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程
11、式为：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3；与CO2水溶 液 反 应 的 化 学 方 程 式 为 Na2SiO3 CO2 H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料。三种硅酸盐工业生产的比较。主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，也广泛应用于生活中。(2)新型无机非金属材料。高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。压电陶瓷：具有压电效应。利用下图中的装置和试剂验证酸性H2CO3H2SiO3，能否达到实验目的，为什么？思考
12、提示：不能，挥发出来的HCl气体进入硅酸钠溶液后，也能与硅酸钠溶液反应，生成白色沉淀。和CO2与硅酸钠溶液反应的现象相同，无法确定是谁发生了反应。【典例2】(2015天津高三模拟)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用炭还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HCl SiHCl3H2；用SiHCl3与过量H2在1 0001 100 反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0)中含有少量SiCl4(沸
13、点57.6)和HCl(沸点84.7)，提纯SiHCl3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反 应 一 段 时 间 后，装 置 D 中 观 察 到 的 现 象 是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装 置 的 气 密 性，控 制 好 反 应 温 度 以 及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是_(填字母)。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO
14、3溶液解析：高纯硅的制备是以初步冶炼得到的粗硅为原料，在加热条件下与氯化氢气体反应，制成气态化合物SiHCl3，与杂质分离，然后在高温条件下用氢气还原，重新得到硅和氯化氢气体，这样就去掉杂质，得到高纯硅。(2)中由题给物质沸点的不同，可以考虑用分馏的方法来进行分离。（3)由于SiHCl3遇水强烈反应，所以反应环境必须无水，制得的氢气必须干燥，B中放的是干燥剂(浓硫酸)，常温下，SiHCl3呈液态，为了增大两者的接触面积，可以通过加热的方法使SiHCl3汽化。D装置用石英管而不用普通玻璃管的目的是两者反应需要在高温条件下进行，而普通玻璃管会软化。SiHCl3在空气中会自燃，必须排尽空气。铁元素的
15、检验是利用Fe3遇KSCN溶液变红色。所以鉴定产品硅中是否含微量铁单质，试样用稀盐酸溶解后，还需要的试剂是氯水和KSCN溶液。答案：(1)SiO22C=高温 Si2CO(2)分馏(或蒸馏)(3)浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 有固体物质生成 在该反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3H2=1 0001 100 Si3HCl 排尽装置中的空气 bd实验题中隐含信息的筛选要重视实验题中的信息条件，如若指明某物质“与水强烈反应”或“在潮湿空气中即水解”等特性，则意味着制取该物质或收集它的前后装置中必须隔绝水蒸气；若题中给出多个物质的沸点，则意味着要用分馏法分离它们；若给出几个离子开始水解和
16、完全水解时的pH，则意味着要通过调节溶液pH来分离它们。题组一 硅酸盐及无机非金属材料的性质1硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为12解析：A项，在氮化硅中N元素为3价，Si元素为4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。答案：D2(2016太原联考)下列有
17、关硅及硅酸盐材料的说法正确的是()A硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B 反 应 ：Na2SiO3 H2O CO2=Na2CO3 H2SiO3；反应：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生C普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料D祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO2解析：A项，硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结，错误；B项，两反应条件不同，反应是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，CO2是气体，逸出反应体系，能促使反应发生，错误；C项，石英玻璃的
18、成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐，错误。答案：D【归纳提升】(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途。用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(2)熟悉几种常见饰品的主要成分。水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。(3)了解用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。书写顺序：较活泼的金属氧化物较不活泼的金属氧化物SiO2水。各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。题组二 无机非金属材料的制备及应用3(2015海南卷)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。其中X为
19、Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题：X Mg加热 Mg2Z 盐酸 Y 加热 Z(1)能与X发生化学反应的酸是_；由X制备Mg2Z的化学方程式为_。(2)由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为_，Y分子的电子式为_。(3)Z、X中共价键的类型分别是_、_。解析：由单质Z是一种常见的半导体材料可知Z为Si，则X为SiO2，Y为SiH4，然后按其性质解题。答案：(1)氢氟酸 SiO22Mg O2Mg2Si(2)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4(3)非极性键 极性键4在工业中利用镁制取硅：2MgSiO2=2MgOSi，同时有副反应发生：2MgSi=Mg2Si，Mg2Si遇盐酸
20、迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气 体 X 作 为 保 护 气，试 管 中 的 固 体 药 品 可 选 用_(填字母)。a石灰石b锌粒c纯碱(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是_，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是_。(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为_。解析：(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2，那么试管中应选用的固体药品为锌粒；(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响，然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4，生成的SiH4可自燃：SiH42O2=SiO22H2O，所以会观察到闪亮的火星。答案：(1)b(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响 该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行(3)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4、SiH42O2=SiO22H2O
