【高中化学】一轮复习学案：4.1 无机非金属材料的主角——硅(必修1)

1、第四章 非金属及其化合物第一节 无机非金属材料的主角硅【高考新动向】考点梳理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【考纲全景透析】一、C、Si单质性质及其用途的比较。1.物理性质碳硅存在形态既有游离态，又有化合态；主要单质有：金刚石、石墨、C60等同素异形体在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在；主要单质有：晶体硅和无定性硅两大类单质的物理性质金刚石熔点很高，硬度很大；石墨熔点很高（比金刚石高）硬度较小，能导电，有滑腻感。晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很高，硬度很大；是良好的半

2、导体材料。用途金刚石用作切割工具；石墨用作电极、铅笔芯。含硅4的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；含硅15的硅钢具有很好的耐酸性能，作为耐酸材料；制光电池等2.化学性质(1)碳单质的化学性质还原性与O2反应：O2不足：2C+O2点燃 2CO；O2充足：C+O2 点燃 CO2与其他物质反应：a.与CuO反应：2CuO+C 2Cu+CO2 (可用于某些金属的冶炼)；b.与CO2反应：CO2+C 高温 2CO；c.与水蒸气反应：C+H2O(g)高温 CO+H2 (用于生产水煤气)；d.与浓硫酸反应：C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O。(2)硅的化学性质还原性 与氢氟酸反应：S

3、i+4HF=SiF4+2H2；与NaOH溶液反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2;与O2反应：Si+O2 SiO2。二、CO2和SiO2的比较物 质二氧化硅二氧化碳晶体类型原子晶体分子晶体物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2 + H2O H2CO3与酸反应SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O不反应与碱反应高温SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O高温盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O或CO2 + NaOH = 2NaHCO3与盐反应SiO

4、2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2高温SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2HClOCO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2 + CaO CaSiO3 CO2 + Na2O Na2CO3与碳反应CO2+C高温 2CO；主要用途化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂，人工降雨。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、硅酸及硅酸盐（1）硅酸物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。化学性质：a.弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，与NaOH

5、溶液反应的化学方程式为：H2SiO3+2NaOH= Na2SiO3+2H2O。b.不稳定性：受热易分解，化学方程式为：H2SiO3 H2O+ SiO2。制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3+2HCl= H2SiO3+2NaCl用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2、硅酸盐硅酸盐：硅酸盐是由硅、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。硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。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Na2O

6、SiO2。长石（KAlSi3O8）可表示为K2OAl2O36SiO2。（注意：硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；表示顺序一般为：活泼金属的氧化物较活泼金属的氧化物二氧化硅水。三、常见无极非金属材料及其主要用途1.传统的无极非金属材料硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下硅酸盐产品水 泥玻 璃陶瓷原 料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土反应原理发生复杂的物理化学变化（不作要求）高温高温SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2主要设

7、备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温高温(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。【热点难点全析】1. 硅及其化合物的特殊性质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)非金属单质跟碱溶一般无H2产生，但Si能跟碱

8、溶液放出H2：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。(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+SiO2Na2SiO3+CO2能发生是因为生成的CO2容易挥发。【典例1】某氧化物不溶于水，溶于熔化的NaOH中，

9、生成易溶于水的化合物，向稀盐酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀产生，则原氧化物是()AAl2O3 BMgOCSiO2 DFe2O3答案C解析能与NaOH反应的氧化物有Al2O3、SiO2，生成物分别为NaAlO2和Na2SiO3，但由于题目中是向稀盐酸中加所生成化合物的水溶液，即盐酸过量，NaAlO2与过量盐酸反应生成AlCl3，无沉淀，Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3白色沉淀，故选C。二、CO2与碱的反应及CO、HCO 的检验1.CO2与NaOH反应成分的判断(1)反应原理NaOHNa2CO3NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断方法溶质的成分X11NaHCO311X21N

10、aOH、Na2CO3（3）CO2与常见溶液的反应和现象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。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。饱和Na2CO3溶液Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，有白色固体析出。2. CO、HCO的检验(1)CO的检验向待检验溶液中滴加一定量的Ca2或Ba2的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的酸，白色沉淀溶解且生成无色，无味的

11、气体，则待检溶液中有CO。(2)HCO的检验向待检验溶液中滴加足量的Ca2或Ba2的可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中有HCO。【典例2】下列说法正确的是()A将CO2通入CaCl2溶液或饱和Na2CO3溶液均有白色沉淀生成B某溶液中加入Ba(OH)2溶液中有白色沉淀，说明可能有CO不可能含有HCOC在标准状况下将2.24 L CO2通入100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液中充分反应，其反应的离子方程式为：CO22OH=COH2ODNaHCO3溶液和Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鉴别答案D解析A项CO2与CaCl2不反

12、应，无现象，与饱和Na2CO3溶液反应生成溶解度更小的NaHCO3，从而析出沉淀；B项溶液中可能含CO，也可能含有HCO、SO、HSO，B错；C项中n(CO2)n(NaOH)11，反应应该为CO2OH=HCO，C错；D项，CaCl2与NaHCO3不反应，与Na2CO3反应生成CaCO3白色沉淀，D项正确。【高考零距离】1、（2012江苏高考13）下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是选项实验操作实验现象结 论A向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液均有固体析出蛋白质均发生变性B向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀溶液X中一定含有SO42C向一定浓

13、度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体出现白色沉淀H2SiO3的酸性比H2CO3强D向浓度均为0.1 molL1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液出现黄色沉淀Ksp(AgCl)Ksp(AgI)【参考答案】D【分析】本题属于常规实验与基本实验考查范畴。A.向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，虽然实验现象均有固体析出，但一是盐析，一是变性；一是可逆变化，一是不可逆变化。B.向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液，出现白色沉淀就得出溶液X中一定含有SO42是不合理的，若溶液中有SO32也出现白色沉淀。C.向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO

14、2气体，出现白色沉淀，结论应为H2CO3的酸性比H2SiO3强。D.向浓度均为0.1 molL1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，出现黄色沉淀，说明沉淀向着溶解度更小的方向转化，结论应该是Ksp(AgCl)Ksp(AgI)。【备考提示】常见物质的制备、分离提纯、除杂和离子检验等都是学生必备的基本实验技能，我们要在教学中不断强化，反复训练，形成能力。【解题指南】解答本题时应注意盐析和变性的区别、硫酸根的检验方法、强酸制弱酸和沉淀溶解平衡的有关原理，并应用相关原理来分析具体问题。【解析】选D。选项具体分析结论A蛋白质中加入轻金属盐发生盐析，加入重金属盐发生变性错误B若溶液中含有SO

15、23（不含SO24），加入稀硝酸SO23被氧化为SO24，也会产生硫酸钡白色沉淀错误C硅酸钠溶液中通二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强错误DCl 、I物质的量浓度相同，氯化银、碘化银为同类型化合物，出现的黄色沉淀为碘化银，说明碘化银溶度积小正确2、（2012海南高考1）化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是 ACO2属于大气污染物 B酸雨是pH小于7的雨水 CCO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成 D大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧【解析】CO2不属于大气污染物，酸雨pH碳酸） 连接仪器、 、加药品后，打开a关闭b，然后滴入浓硫酸，加热。 铜与浓硫

16、酸反应的化学方程式是 。装置A中试剂是 。 能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是 。（2）验证SO2的氧化性、还原性和酸性氧化物的通性。 在（1）操作后打开b，关闭a。 H2S溶液中有浅黄色浑浊出现，化学方程式是 。 BaCl2溶液中无明显现象，将其分成两份，分别滴加下列溶液，将产生的沉淀的化学式填入下表相应位置。滴加的溶液氯水氨水沉淀的化学式 写出其中SO2显示还原性生成沉淀的离子方程式 。17.(12分)(2012济南模拟)为了证明一氧化碳具有还原性，有人设计了下列实验：(1)装置B中最适宜的试剂是_。(2)装置D中发生反应的化学方程式是_。(3)必须用装置C吸收除去气体中水蒸气的理由是_

17、。(4)若根据F中石灰水变浑浊的现象也能确定CO具有还原性，应在上图中装置_与_之间连接下列装置中的_(填序号)。18(2012广州模拟)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，原因为_。(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，是一种特殊玻璃，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”)，有机玻璃是由甲基丙烯酸甲酯在一定条件下通过_

18、反应合成的有机高分子材料。(4)要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是_。A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚【答案及解析】一、选择题1. 【解析】选D。硅是固体，便于运输、储存；硅常温下性质稳定，是非常安全的；硅在自然界存在广泛，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低；自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。2. 【解析】选D。A选项中NO易被空气氧化，A错误；B选项中KSCN溶液变红色只能说明红砖中含有+3价的铁，并不能说明铁以氧化铁形式存在，B错误；C选项中通过该反应可判断还原性CSi,但实际上非金属性：CSi,C错误；D选项正确。3. 【答案】C4.

19、 【答案】选B。【解析】由SiO2制取Si时要先制得粗硅，反应为：2C+SiO2 Si+2CO，然后再进行提纯，反应依次为Si2Cl2 SiCl4 、SiCl42H2 Si4HCl。5. 【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)注意各物质的流向，明确各装置中发生的反应。(2)联系反应条件和实验操作综合分析。【解析】选C。将流程图细化为下图，问题可迎刃而解。碳酸钙需要高温才能分解，故A正确；循环利用的应该有CaO和NaOH 两种物质，故B正确；“反应、分离”环节中，分离的是NaOH溶液和碳酸钙沉淀的混合物，只需过滤即可，用不到蒸发结晶，故C错误；D选项中工业上可用CO2制备甲醇，故D正确。6.

20、【答案】选D。【解析】A项生成Ca(HCO3)2，B项不反应，C项生成H2O而不会生成H2。7. 【答案】选B。【解析】A项，工业制水泥的原料为石灰石和黏土，制玻璃的原料为纯碱、石灰石和石英，制陶瓷是以黏土为原料，不用石灰石；B项，刚玉的主要成分是氧化铝，红宝石、蓝宝石是含少量不同金属氧化物的优质刚玉；C项，石英、硅石、水晶、玛瑙主要成分都是SiO2，珍珠的主要成分是碳酸钙；D项，二氧化硅是酸性氧化物，能抗盐酸、浓硫酸、浓硝酸的腐蚀，但不能抗氢氟酸的腐蚀。8. 解析：A项，CO2为0.3 mol则每摩尔碳对应固体摩尔质量为27.6g/0.3 mol92g/mol，当CaCO3、MgCO3物质的

21、量之比为11时满足要求，所以白云石化学式为CaCO3MgCO3；B项，残留固体质量为27.6g0.3 mol44g/mol14.4g；C项，所取固体质量为27.6g的一半，最多收集到标准状况下CO2为3.36L；D项，由CO2为0.3 mol推出Ca2、Mg2共0.3 mol，对应Cl为0.6 mol，所以27.6 g白云石完全反应需盐酸0.6 mol。答案：AB9. 解析：合金的熔点一般比组成合金的各成分金属的低，A错误；水晶的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，C错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是Si，D错误。答案：B10. 【答案】C11. 【答案】A【解析】粗硅提纯涉及的反应：Si2

22、Cl2SiCl4、SiCl42H2Si4HCl都是氧化还原反应，故B错；硅与氢氧化钠溶液反应实际分两步：Si3H2O=H2SiO32H2，H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，其中反应为氧化还原反应，反应为非氧化还原反应，因此NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的只是水，故C错；硅能与氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，故D错。12. C13. 解析：粗硅提纯涉及的反应：Si2Cl2SiCl4、SiCl42H2Si4HCl都是氧化还原反应，B错误；硅与氢氧化钠溶液反中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的只是水，C错误；硅能与氢氟酸反应，但不能与

23、盐酸反应，D错误。答案：A14. 解析：Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3，FeCl3溶液与铁粉反应生成FeCl2，铝能从FeCl2溶液中置换出铁单质，A项可以；Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO，NaClO溶液与SO2反应可生成NaCl，电解NaCl溶液可生成氯气，B项可以；铜与稀硝酸反应可生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成HNO3，D项可以；C项Na2SiO3无法直接生成Si，C项错误。答案：C15. 解析：CaCl2、Na2SO3均属比碳酸酸性强的酸的盐，不能与H2CO3(CO2H2O)反应生成新盐和新酸；CO2与石灰水最终生成可溶性Ca(HCO3)2；Na2SiO3为比碳酸酸性更弱的酸的盐，故可反应生成H2SiO3沉淀。【答案】D二、非选择题16【答案】（14分）（1） 检验装置气密性 Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2+ 2H2OKMnO4溶液 A中KMnO4溶液没有完全褪色，盛有Na2SiO3溶液的试管中出现白色沉淀（2）2H2S + SO2 = 3S + 2H2OBaSO