第四章非金屬及其化合物第一節無機非金屬材料的主角——硅考點一碳、硅單質及其化合物【核心知識通關】1.C、Si的存在形態、物理性質和用途：碳硅存在形態游離態和化合態_______化合態碳硅物理性質金剛石：熔點___、硬度___石墨：硬度___、電的良導體灰黑色固體，有金屬光澤、熔點___、硬度大，有脆性用途_______用于制造切割刀具；_____用于制造電極、鉛筆芯_______材料和合金材料高大小高金剛石石墨半導體2.硅的還原性：△====Si+O2SiO2△====Si+2Cl2SiCl43.硅的工業制法及提純：高溫====SiO2+2CSi+2CO↑高溫====SiCl4+2H2Si+4HCl4.二氧化碳與二氧化硅的比較：物質SiO2CO2物理性質硬度大，熔、沸點高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水物質SiO2CO2化學性質與水反應不反應_________________與酸反應________________________不反應CO2+H2OH2CO3SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O物質SiO2CO2化學性質與堿反應SiO2+2NaOH====____________盛堿液的試劑瓶用橡皮塞CO2+2NaOH====__________或CO2+NaOH====______與鹽反應SiO2+Na2CO3_____________、SiO2+CaCO3____________Ca(ClO)2+CO2+H2O====________________CO2+Na2CO3+H2O====_______Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2ONaHCO3高溫====高溫====Na2SiO3+CO2↑CaSiO3+CO2↑CaCO3↓+2HClO、2NaHCO3物質SiO2CO2化學性質與堿性氧化物反應SiO2+CaO______CO2+Na2O====______與碳反應____________________________________高溫====CaSiO3Na2CO3CO2+C2COSiO2+2CSi+2CO↑高溫====高溫====物質SiO2CO2用途制光學儀器、石英玻璃、常用來制造通訊材料_________

化工原料、滅火劑。干冰用作_______，人工降雨光導纖維制冷劑5.硅酸：難弱Na2CO3+H2SiO3↓△====H2SiO3SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl====H2SiO3↓+2NaCl【特別提醒】(1)自然界中有碳的單質存在，但不存在硅的單質。(2)Si的還原性強于C，但C能還原SiO2生成Si，且氧化產物為CO：2C+SiO2Si+2CO↑，其原因是產物CO為氣體，它的放出降低了生成物濃度，促使反應向正反應方向進行。【典題技法歸納】(2015·海南高考)單質Z是一種常見的半導體材料①，可由X通過如下圖所示的路線制備，其中X為Z的氧化物，Y為氫化物，分子結構與甲烷相似②，回答下列問題：(1)能與X發生化學反應的酸③是________________；由X制備Mg2Z的化學方程式④為__________________。(2)由Mg2Z生成Y的化學方程式⑤為_______________，Y分子的電子式為______。(3)Z、X中共價鍵的類型分別是_________________、_____________________________。【典題剖析】關鍵信息信息分析與遷移信息①最常見的半導體材料是Si信息②四面體結構的氫化物最常見的是CH4、SiH4等信息③能與SiO2反應的酸是HF信息④根據Z元素化合價的變化，發生的是氧化還原反應信息⑤Z元素化合價沒變，發生的是復分解反應【解析】Z為半導體單質，則Z是Si；其氧化物為二氧化硅，即X為SiO2，可與氫氟酸反應，根據反應的流程圖可知，二氧化硅與Mg反應生成Mg2Si，Mg2Si與鹽酸反應生成的Y為氫化物，則Y的分子式是SiH4，其電子式為

加熱分解SiH4可得到硅單質。答案：(1)氫氟酸SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si(2)Mg2Si+4HCl====2MgCl2+SiH4

(3)非極性鍵極性鍵【歸納總結】硅及其化合物的特性物質一般規律硅及其化合物的特性Si硅的還原性比碳強SiO2+2CSi+2CO↑非金屬單質與強堿反應一般不生成氫氣Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑物質一般規律硅及其化合物的特性Si非金屬單質一般不與非氧化性酸反應Si+4HF====SiF4↑+2H2↑一般非金屬單質為絕緣體硅為半導體物質一般規律硅及其化合物的特性SiO2酸性氧化物一般與水反應生成相應的酸SiO2不溶于水，不與水反應酸性氧化物一般不與酸發生復分解反應SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O“較強酸制較弱酸”是復分解反應的一般規律，碳酸酸性大于硅酸Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，但在高溫下Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑物質一般規律硅及其化合物的特性H2SiO3無機酸一般易溶于水硅酸和原硅酸難溶于水【高考模擬精練】1.(2016·廣州模擬)下列有關硅材料的說法正確的是(

)A.光纖的主要成分是高純度的單質硅B.瑪瑙的主要成分是硅酸鹽C.28g硅含有6.02×1023個電子D.28Si、29Si、30Si是不同的核素【解析】選D。光纖的主要成分為高純度的二氧化硅，A錯；瑪瑙的主要成分為二氧化硅，B錯；1個硅原子中含有14個電子，因此28g硅含有電子的數目為×14×6.02×1023mol-1=8.428×1024，C錯。2.(2016·福州模擬)下列有關說法正確的是(

)A.硅相對于氫氣便于運輸、貯存，從安全角度考慮，硅是有開發價值的燃料B.硅在地殼中含量居第二位，在地球上有豐富的硅資源，如石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是單質硅C.存放NaOH溶液的試劑瓶應用玻璃塞D.二氧化硅是一種良好的半導體材料【解析】選A。硅常溫下為固體，性質較穩定，便于貯存，較為安全，硅是有開發價值的燃料，故A正確；硅在地殼中含量居第二位，在地球上有豐富的硅資源，如石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅，故B錯誤；二氧化硅能夠與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水，硅酸鈉具有黏性，所以堿性物質不能用磨口玻璃塞盛放，故C錯誤；二氧化硅不導電，是絕緣體，故D錯誤。3.(1)(2014·天津高考)晶體硅(熔點1410℃)是良好的半導體材料。由粗硅制純硅過程如下：寫出SiCl4的電子式：_________________________；在上述由SiCl4制純硅的反應中，測得每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，寫出該反應的熱化學方程式：______________________________________。(2)(2013·安徽高考)一種核素W的質量數為28，中子數為14且W的單質與氫氟酸反應生成兩種無色氣體，該反應的化學方程式是________________________。【解析】(1)每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，則生成28gSi需吸收的熱量為0.025akJ，可知熱化學方程式為SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)ΔH=+0.025akJ·mol-1(2)核素W的質量數為28，中子數為14，則該元素為Si。答案：(1)SiCl4(g)+2H2(g)

Si(s)+4HCl(g)ΔH=+0.025akJ·mol-1(2)Si+4HF====SiF4↑+2H2↑【加固訓練】1.(2016·焦作模擬)下列說法正確的是(

)A.單質氧化物酸或堿鹽，碳或硅單質可以按上述關系進行轉化B.若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應實現轉化：b→c→aC.太陽能電池板中的硅在元素周期表中處于金屬元素與非金屬元素的交界位置D.單質硅常用于制造光導纖維【解析】選C。A項，SiO2不與H2O反應，即“氧化物

酸或堿”不能實現轉化；B項，b→c，c→a均不能通過一步反應實現轉化；D項，SiO2用于制造光導纖維。2.硅作為一種新型能源被廣泛開發利用，關于其有利因素的下列說法中，你認為不正確的是(

)A.硅燃燒產物對環境產生的污染，容易得到有效控制B.從Si(s)+O2(g)SiO2(s)

ΔH=-858.6kJ·mol-1可知，硅燃燒放出的熱量較多C.自然界中硅的貯存量豐富，可以從自然界直接獲得單質硅D.硅便于運輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料之一【解析】選C。硅燃燒可以放出較多熱量，生成二氧化硅，二氧化硅不是氣體，其污染容易得到有效控制；硅為固體燃料，化學性質不活潑，運輸、貯存比較容易；硅在自然界中無單質形式，只有化合物，C項錯誤。3.(2016·宜昌模擬)氯氣用途十分廣泛，可用于生產半導體材料硅，其生產的流程如下，下列說法不正確的是(

)A.①③是置換反應，②是化合反應B.高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強于硅C.流程的任一反應中，每消耗或生成28g硅，均轉移4mol電子D.高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合可得高純硅【解析】選D。在高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合，則石英砂與焦炭反應，氯氣與氫氣反應，就不再按照題干的流程進行反應，也就不會得到高純硅。考點二硅酸鹽及無機非金屬材料【核心知識通關】1.硅酸鹽：(1)概念：由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復雜，常用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成__________，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成_______________________。Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(3)硅酸鈉(Na2SiO3)。①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱_______，有黏性，水溶液顯___性。②與較強的酸反應，如與鹽酸反應的化學方程式為_____________________________；與CO2水溶液反應的化學方程式為________________________________。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。水玻璃堿Na2SiO3+2HCl====2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO32.常見無機非金屬材料：(1)傳統無機非金屬材料。水泥玻璃陶瓷生產原料石灰石、黏土______________________黏土主要設備____________玻璃窯陶瓷窯生產條件高溫純堿、石灰石和石英砂水泥回轉窯(2)玻璃的生產。Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高溫====CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑高溫====(3)特殊功能的含硅物質。①碳化硅具有金剛石結構，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導磁性。③硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質。(4)新型無機非金屬材料。如高溫陶瓷、壓電陶瓷、生物陶瓷、光導纖維等。【特別提醒】(1)氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結構，切不可認為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。(2)玻璃中含有二氧化硅，因此氫氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(3)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶。【高考模擬精練】1.(2016·濟南模擬)下列有關硅及硅酸鹽材料的說法正確的是(

)A.硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B.反應①Na2SiO3+H2O+CO2====Na2CO3+H2SiO3↓，反應②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，兩反應是相互矛盾的，不可能都能發生C.普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料D.祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2【解析】選D。A項，硅酸鈉本身是一種黏合劑，易造成磨口玻璃塞與瓶口黏結；B項，兩反應條件不同，反應①是在溶液中進行，相對強的酸可以制相對弱的酸，而高溫條件下，CO2是氣體，逸出反應體系，能促使反應發生；C項，石英玻璃的成分為SiO2，SiO2是氧化物不是鹽。2.(2016·荊州模擬)青石棉是世界衛生組織確認的一種致癌物質，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一。青石棉的化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產物只有NO。下列說法中正確的是(

)A.青石棉是一種易燃品且易溶于水B.青石棉的化學組成用氧化物的形式可表示為

Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2OC.1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量的硝酸作用，至少需消耗6L3mol·L-1HNO3溶液D.1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量氫氟酸作用，至少需消耗5.5L2mol·L-1HF溶液【解析】選C。根據青石棉的組成可知，該物質屬于硅酸鹽，不是一種易燃品且難溶于水，A不正確；根據氧原子守恒可知應該是Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，B不正確；根據組成可知和硝酸作用生成2mol硝酸鈉、5mol硝酸鐵和1molNO，因此需要硝酸的物質的量是18mol，選項C正確；和氫氟酸反應生成SiF4、NaF，物質的量分別是8mol和2mol，所以需要HF的物質的量是34mol，D不正確。【加固訓練】1.下列關于無機非金屬材料的說法中不正確的是(

)A.傳統無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B.新型無機非金屬材料克服了傳統無機非金屬材料的許多缺點C.高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優點D.傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽【解析】選D。無機非金屬材料分為傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料兩大類。傳統無機非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無機非金屬材料是指一些新型的具有特殊結構和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新型無機非金屬材料與傳統無機非金屬材料相比，具有許多優良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應、具有生物功能等。2.(2016·咸陽模擬)X是一種新型無機非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關生產過程如下：為了確定C的組成，某同學進行了以下的探究過程。已知F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光導纖維。按要求回答下列問題：(1)C