1、第一节 无机非金属材料的主角硅 考点一 碳、硅单质及其氧化物【核心自主排查】1.碳、硅的原子结构、存在与用途：(1)原子结构与存在。碳硅原子结构 示意图 单质的 结构金刚石：_ _结构 石墨：层状 结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构元素在自 然界中的 存在形式既有游离态又有化合态只有_态空 间网状 化合(2)物理性质和用途(用短线连接起来)。答案：c，a，e，b，d 2.碳和硅的化学性质还原性：写出的化学方程式：_；_；_；_(制水煤气)；_；_。2C+O2 2CO CO2+C 2CO 2CuO+C 2Cu+CO2 C+H2O(g)CO+H2 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaO
2、H+H2O=Na2SiO3+2H2 点燃=高温=高温=3.硅的工业制法及提纯：涉及的化学方程式：_ _ _ 高温=高温=SiO2+2C Si+2CO Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si+4HCl 4.二氧化碳与二氧化硅的比较：物 质 SiO2 CO2 物理性质 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 物 质 SiO2 CO2 化学性质 与水 反应 不反应 _ _ 与酸 反应 _ _ 不反应 CO2+H2O H2CO3 SiO2+4HF=SiF4+2H2O 物 质SiO2CO2化学性质与碱 反应SiO2+2NaOH=_ 盛碱液的试剂瓶用橡
3、皮塞CO2+2NaOH=_ 或CO2+NaOH=_与盐 反应SiO2+Na2CO3 _、SiO2+CaCO3 _Ca(ClO)2+CO2+H2O=_ CO2+Na2CO3+H2O=_Na2SiO3+H2O Na2CO3+H2O NaHCO3 高温=高温=Na2SiO3+CO2 CaSiO3+CO2 CaCO3+2HClO、2NaHCO3 物 质SiO2CO2化学性质与碱性 氧化物 反应SiO2+CaO _CO2+Na2O=_与碳 反应_ _高温=CaSiO3 Na2CO3 CO2+C 2CO SiO2+2C Si+2CO 高温=高温=物 质SiO2CO2用 途制光学仪器、石英玻 璃、常用来制造
4、通讯 材料_ 化工原料、灭火剂。干冰用作_，人工降雨 光导纤维 制冷剂【思维诊断】(正确的打“”，错误的打“”)(1)金刚石、石墨互为同位素。()提示：。金刚石、石墨是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体。(2)加热到一定温度，硅能与氧气、氯气等非金属单质反应。()提示：。硅单质具有还原性，一定条件下能与非金属单质反应。(3)常温下，硅单质不能与任何酸或碱反应。()提示：。常温下，硅单质能与氢氟酸、强碱(如NaOH溶液)反应。(4)晶体硅可用作光导纤维的材料。()提示：。晶体硅可用作半导体材料，光导纤维的主要成分是SiO2。(5)SiO2是酸性氧化物，但不能与水反应生成硅酸。()提示：。Si
5、O2不溶于水，且不与水反应。(6)酸性氧化物只能与碱反应，不能与酸反应。()提示：。SiO2能与氢氟酸反应。【方法点拨】硅及其氧化物的特性 物质一般规律特性Si硅的还原性比碳强SiO2+2C Si+2CO非金属单质与强碱反应一般不生成氢气Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si+4HF=SiF4+2H2一般非金属单质为绝缘体硅为半导体高温=物质一般规律特性SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，碳酸酸性大于硅酸
6、 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3Na2CO3+SiO2 =Na2SiO3+CO2【基础小题快练】1.下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是 ()A.两者结合形成的化合物是共价化合物 B.在自然界中都能以游离态存在 C.氢化物的热稳定性比较：CH4Si，则氢化物的热稳定性SiH4H2SiO3 D.SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物 【解析】选C。SiO2是酸性氧化物，A项错误；反应 SiO2+2C Si+2CO不能说明碳的非金属性比硅 强，该反应能发生是因为生成CO气体，它的逸出促进 了反应进行，B项错误；CO2通入Na
7、2SiO3溶液中生成 H2SiO3胶体，符合强酸制弱酸的规律，证明酸性 H2CO3H2SiO3，C项正确；D项中SiO2除氢氟酸外不能与 其他的酸反应，SiO2为酸性氧化物，不具有两性，D项 错误。4.(2017衡水模拟)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：世纪金榜导学号30682046(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有_(填 反应代号)。(2)写出反应的化学方程式_ _。(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸 工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化 剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加
8、热至1 373 1 623 K反应，生成化合物W，其化学方程式是_ _。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是_(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是_(填化学式)。(5)工业上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭与水蒸气 反应生成水煤气，再提纯水煤气得到纯净的H2，提纯 水煤气得到纯净的H2的化学方程式为_ _。【解析】反应为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳 的反应：SiO2+2C Si+2CO，属于置换反应；反应 是Si+3HCl SiHCl3+H2，属于置换反应；反应 是SiHCl3+H2 Si+3HCl，属于置换反应；反应为 特定条件下的反应：CO+H
9、2O H2+CO2，不属于置换 反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室 气体，是节能减排的目标气体，CO2或HCl通入W(硅酸 钠)溶液中都能够生成白色沉淀(硅酸)。答案：(1)(2)SiHCl3+H2 Si+3HCl(3)SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2(4)CO2 CO2、HCl(5)CO+H2O CO2+H2、CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O 考点二 硅酸、硅酸盐及无机非金属材料【核心自主排查】1.硅酸：难 弱 Na2CO3+H2SiO3=H2SiO3 SiO2+H2O Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl 2.硅酸盐：(1)概
10、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 _，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成 _。Na2OSiO2 K2O3Al2O36SiO22H2O(3)硅酸钠(Na2SiO3)。白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称_ _，有黏性，水溶液显_性。水玻 璃 碱 与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为 _；与CO2水溶液反应 的化学方程式为_。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=H
11、2SiO3+Na2CO3 3.常见无机非金属材料：(1)传统无机非金属材料。水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土_ _黏土主要设备_ _玻璃窑陶瓷窑生产条件高温纯碱、石灰石和 石英砂 水泥回 转窑(2)玻璃的生产。Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 高温=CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 高温=(3)特殊功能的含硅物质。碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。含硅元素4%的硅钢具有导磁性。硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。(4)新型无机非金属材料。如高温陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷、光导纤维等。【思维诊断】(正确的打“”，错误的打“”)(1)水玻璃是一种玻璃，泡花碱属于碱。()提示：。
12、水玻璃是硅酸钠的水溶液，不是玻璃；泡花碱指硅酸钠，属于盐。(2)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性大于硅元素。()提示：。由现象知生成了硅酸，碳酸酸性大于硅酸，则非金属性碳大于硅。(3)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中。()提示：。硅酸钠溶液具有黏性，不能用带玻璃塞的试剂瓶保存。(4)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。()提示：。合成纤维属于有机高分子材料。(5)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。()提示：。传统无机非金属材料的主要成分是硅酸盐，但新型无机非金属材料，如光导纤维的主要成分是SiO2。【方法点拨】硅酸盐的表示方法氧化
13、物法(1)氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。(3)氧化物之间：用“”隔开。(4)系数配置出现分数应化为整数。如长石KAlSi3O8不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。1212【基础小题快练】1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是()A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷 B.普通玻璃的主要成分是SiO2 C.陶瓷的主要原料是黏土 D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料【解析】选B。普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。2.在水
14、玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为()A.Na2SiO3 B.Na2SiO3与Na2CO3 C.SiO2与Na2CO3 D.SiO2、Na2SiO3及Na2CO3【解析】选A。通入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。【高考模拟预测】1.(2017德州模拟)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Si3
15、N4 B.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SiO2 D.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】选D。A项，在氮化硅中氮元素为-3价，硅元素为+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。2.(2017湛江模拟)月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石CaMgSi2O6、斜长石KAlSi3O8和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4等，下列说法或分析不正确的是()世纪金榜导学号
16、30682047 A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿 B.斜长石的氧化物形式可表示为K2OAl2O33SiO2 C.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气 D.橄榄石中铁为+2价【解析】选B。辉石CaMgSi2O6、斜长石KAlSi3O8和 橄榄石(Mg或Fe)2SiO4的成分均属于硅酸盐类，均属 于硅酸盐矿，A正确；硅酸盐的氧化物表示方法：先写 活泼金属氧化物，然后是不活泼的金属氧化物，再是 非金属氧化物二氧化硅，最后是水，所以斜长石的氧 化物形式可表示为K2OAl2O36SiO2，B错误；月球上 有游离态铁是因为月球环境中没有氧化金属铁的物质 或者条件，所以月球的表面几乎
17、没有氧气，C正确；橄榄石中，镁元素化合价是+2价，硅元素化合价是+4价，氧元素化合价是-2价，所以铁元素化合价是+2价，D正确。【加固训练】1.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克服了传统无机非金属材料的许多缺点 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都是硅酸盐【解析】选D。无机非金属材料分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
18、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。2.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是_。A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_。(4)工业上常利用反应2C+SiO2 Si+2CO制备硅单质，该反应中所含
19、元素化合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。【解析】(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含硅元素，不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。(4)题给反应中碳被氧化，SiO2中+4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。答案：(1)D(2)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 氢氟酸(3)防火剂(4)C SiO2 【课时小结 构建知识体系 明确掌控重点】【脉络构建】【核心要素】1.特殊的用途：Si半导体材料、太阳能电池板。SiO2光导纤维。H2SiO3硅胶可用作干燥剂。Na2SiO3(水玻璃)黏合剂、耐火阻燃材料。2.特殊的性质：(1)Si与NaOH溶液的反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。(2)Si与氢氟酸的反应：Si+4HF=SiF4+2H2。(3)SiO2能溶于氢氟酸：SiO2+4HF=SiF4+2H2O。(4)SiO2与Na2CO3高温下的反应：SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2。(5)粗硅的制备：SiO2+2C Si+2CO。高温=高温=