必修一 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

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1.二氧化硅和硅酸基础落实一、硅元素的存在硅在地壳中的含量仅次于_氧_，硅的_氧化物_和_硅酸盐_约占地壳质量的90%以上；硅原子最外层有_4_个电子，主要形成_4_价的化合物。二、二氧化硅1SiO2的存在形式SiO2 硅石：天然石英：结晶水晶玛瑙沙子：小粒2SiO2的结构每个Si原子与周围的_4_个O原子相结合，每个O原子与_2_个Si原子相结合。实际上，二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按_12_的比例所组成的_立体网状_结构的晶体，我们通常用“SiO2”表示二氧化硅的组成。3物理性质二氧化硅是_坚硬难熔_的固体，_不溶_于水。4化学性质(1

2、)与氢氟酸(HF)反应HF是惟一可以与之发生反应的酸_ SiO24HF=SiF42H2O _(可用来雕刻玻璃)。(2)SiO2作为酸性氧化物可以和_碱_、_碱性氧化物_反应，但与水_不反应_。和碱反应：_ SiO22NaOH=Na2SiO3H2O _；和碱性氧化物反应：_ SiO2CaOCaSiO3_。5二氧化硅的用途(1)以SiO2为主要成分的沙子仍然是基本的建筑材料；(2)电子工业的重要部件、光学仪器；(3)是信息高速公路的骨架_光导纤维_的主要成分；(4)用石英、玛瑙制作_首饰_。三、硅酸1硅酸是一种很弱的酸，其酸性比碳酸的还_弱_，溶解度很_小_。硅酸容易聚合形成硅酸_溶胶_，硅酸浓度

3、较大时，则形成软而透明的、胶冻状的_硅酸凝胶_。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干凝胶，称为“_硅胶_”。硅胶常用作食品等的_干燥剂_，也可用作催化剂的_载体_。2SiO2不溶于水，所以硅酸只能通过_可溶性硅酸盐溶液_与其他酸反应制得。实验操作实验现象实验结论及反应方程式在饱和Na2SiO3溶液中，滴加酚酞溶液呈_色。逐滴加入稀盐酸，有透明的凝胶产生，溶液红色逐渐_，最后_Na2SiO3溶液显碱性，与稀盐酸反应生成_，化学方程式为_从上至下，从左至右：红变浅消失硅酸凝胶Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体)知识点1硅元素在自然界中的存在1硅在自然界中储量丰富，含量仅次于氧元素，硅存

4、在于地壳的各种矿物和岩石中的形式是()A单晶硅 B二氧化硅C硅酸 D无定形硅知识点2二氧化硅的结构与性质2关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()A水晶的成分是二氧化硅B二氧化硅晶体中不存在单个SiO2分子C二氧化硅溶于水且显酸性D二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别3在一定条件下，下列不能与二氧化硅反应的物质是()焦炭纯碱碳酸钙氢氟酸硝酸氢氧化钾氧化钙A只有 B只有C只有 D只有知识点3硅酸的性质4下列离子方程式书写不正确的是()A二氧化硅与NaOH溶液反应：SiO22OH=SiOH2OB碳酸钡溶于稀盐酸：CO2H=CO2H2OC二氧化碳与足量NaOH溶液反应：CO22OH=COH2OD把水

5、玻璃滴入盐酸中：SiO2H=H2SiO35下列关于硅酸的叙述，错误的是()A硅酸是一种很弱的酸B硅酸可由二氧化硅与水反应制得C硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅D硅酸可由可溶性硅酸盐和盐酸反应制得训练2光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息科学迅猛发展。光导纤维的主要成分是()ACaCO3 BSiO2CNa2SiO3 DCaSiO33能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是()ACO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸B在高温下，SiO2和Na2CO3能发生反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2CSiO2熔点比CO2高DCO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成

6、白色胶状沉淀练方法技巧560 g石灰石在高温下与23 g石英反应产生的气体在标准状况下的体积是()A5.6 L B11.2 LC13.44 L D6.72 L6.化合物A、D、F是中学化学中常见的物质，化合物B、C、E中含有两种相同的元素。这些化合物之间存在下列关系。其中A和B的反应是一种重要的化工生产中的主要反应之一。(1)在A、C、F中含有的相同元素是_。(2)化合物C的化学式是_，化合物A的水溶液显_性(填“酸”、“碱”或“中”)。(3)C的水溶液和D能否发生反应_(填“能”或“否”)，理由是_。练综合拓展8把河沙(主要成分是SiO2)跟镁粉按一定质量比(质量比约大于1524)混合均匀，

7、装入试管中加热大约一分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物，待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的硅的气态氢化物。(1)写出河沙与镁粉在加热时反应的化学方程式：_，该反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。(2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是(填化学式)_；(3)写出产生“爆炸声”的化学方程式：_。基础落实一、氧氧化物硅酸盐44二、1.硅石：天然石英：结晶水晶玛瑙沙子：小粒2.4212立体网状3.坚硬难熔不溶4.(1)SiO24HF=SiF42H2O(2)碱碱性氧化物不反应SiO22NaOH=Na2SiO3H

8、2OSiO2CaOCaSiO35.(3)光导纤维(4)首饰三、1.弱小溶胶硅酸凝胶硅胶干燥剂载体2.可溶性硅酸盐溶液从上至下，从左至右：红变浅消失硅酸凝胶Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体)1B2CCO2通常状况下为气体，与SiO2物理性质相差很大；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3；SiO2晶体是由Si和O按12的比例所组成的立体网状结构的晶体，不存在单个SiO2分子。3D4.B5.B2B光导纤维可以用SiO2来制造。3DB项是在固体反应中难挥发性物质制取易挥发性物质，是利用两者共熔时，生成易挥发的CO2使反应能够发生；D项中是较强的酸与较弱的酸的盐溶液反

9、应生成较强酸的盐和较弱酸的复分解反应，这是该类复分解反应发生的条件。5C石灰石在高温下，即使不与SiO2反应，也可完全把CO2释放出来，故存在CaCO3CO2。6(1)Na(2)Na2SiO3碱(3)能硅酸的盐能在水溶液中与CO2反应生成比碳酸酸性更弱的硅酸解析此题突破点为ABCD，A、D是常见物质且该反应为一种重要的化工生产的主要反应之一，即Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，然后再根据其他关系推出。8(1)SiO24Mg2MgOMg2Si放热(2)SiH4(3)SiH42O2=SiO22H2O解析在做此题时首先应注意河沙和镁粉的质量比和物质的量之比的关系以及按此物质的量比例应发生何种

10、反应。其次应注意，一些反应产物的信息，如在空气中能自燃的硅的气态氢化物等信息。另外要注意对实验的一些现象描述的特殊含义，如爆炸声应为剧烈的放热反应。(1)河沙和镁粉的质量比约大于1524时，因河沙中还含有除SiO2之外的物质，故此时SiO2和Mg的质量比约为1524，则二者的物质的量之比为14，即在反应中SiO2和Mg应按14的物质的量之比进行反应，故方程式为：SiO24Mg2MgOMg2Si，因为加热一分钟后即发生剧烈反应，故此反应应为放热反应。(2)MgO和稀H2SO4反应：MgOH2SO4=MgSO4H2O，此反应为碱性氧化物和强酸的反应，不剧烈，不可能产生爆炸声。所以应是Mg2Si和H

11、2SO4反应的结果，结合题意，再根据Mg2Si中各元素的化合价可推测反应产物为MgSO4和SiH4，SiH4在空气中自燃发出爆炸声。2.硅酸盐和硅单质基础落实一、硅酸盐1概念硅酸盐是由_硅、氧和金属_组成的化合物的总称。2硅酸盐的性质硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多_不溶_于水，化学性质很_稳定_。3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其组成。例如：Na2SiO3：_ Na2O·SiO2_；长石KAlSi3O8：_ K2O·Al2O3·6SiO2_。4最常见的硅酸盐Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称_水玻璃_，能制备_硅胶_和_木材

12、防火剂_。5三种常见的硅酸盐产品硅酸盐产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙 2CaO·SiO2硅酸三钙 3CaO·SiO2铝酸三钙 3CaO·Al2O3玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃窑Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土6.新型含硅物质主要包括：(1)具有金刚石结构的碳化硅(SiC，俗称_金刚砂_)；(2)具有很高_导磁性_的硅钢；(3)既耐高温又耐_低温_的硅橡胶；(4)人工制造的_分子筛_主要用作吸附剂和催化剂等。二、硅单质1种类单质硅有_晶体_和_无定形_两类。2结构晶体硅的结构与_金刚石_相似。3性质(1)物理性质色、

13、态光泽熔点硬度质地导电性灰黑色固体金属光泽高大脆半导体(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与_强碱_、_氢氟酸_发生反应。4用途(1)_ 半导体材料_，如硅芯片等。(2)_ )新能源_，如光电池等。知识点1硅酸盐的表示方法1用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是()A钙沸石Ca(Al2Si3O10·3H2O)CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB镁橄榄石(Mg2SiO4)2MgO·SiO2C长石(KAlSi3O8)K2O·Al2O3·3SiO2D高岭石Al2Si2O5(OH)4Al2O3

14、3;2SiO2·2H2O2高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是()A7、2 B5、4 C6、3 D3、6知识点2硅的性质及用途3硅和碳的比较，正确的是()A都是非金属，而硅的非金属性较强B硅和碳的最高正价都是4价C硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位D硅和碳在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态4下列关于硅的说法中，不正确的是()A硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D当加热到一定温度时，硅能与氧气等非金属反应知识点3新型无机非

15、金属材料5据报道我国科学家研制出一种新型的“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是()A它耐高温，抗氧化B它比钢铁轻、硬，但质地较脆C它没有固定的熔点D它是一种新型无机非金属材料6氮化硅(N显3价，Si显4价)是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定，工业上曾普遍采用纯硅与纯N2在1 300时反应获得。(1)画出N的原子结构示意图_，氮化硅的化学式为_。(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：_。(3)现用四氯化硅与氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的

16、氮化硅，反应的化学方程式为_。训练1下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()A水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐蚀性能且不易燃烧D水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质2下列对晶体硅的有关叙述正确的是()A晶体硅和金刚石的物理性质相似B硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中C晶体硅是一种良好的半导体材料，但它的提炼工艺复杂，价格昂贵D晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电3材料与化学密切相关，下表中对应关系错误的是()材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥

17、、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅5下列变化，不能一步实现的是()ANa2SiO3H2SiO3 BH2SiO3SiO2CSiO2H2SiO3 DSiO2Na2SiO3练方法技巧6月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学成分为BenAl2Si6O18。也可用氧化物形式表示为nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值为()A1 B2 C3 D4规律将硅酸盐改写时，各氧化物按如下顺序书写：按金属的活泼性顺序写出各氧化物二氧化硅H2O；改写过程中应遵守元素守恒。练综合拓展7有三种透明、不溶于水的坚硬固体，A固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标

18、准状况下测得此气体的密度为氧气密度的1.375倍。B固体可溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量酸时，析出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热后得到C，C在高温时软化，无固定熔点。(1)A为_，有关反应的化学方程式_；(2)B为_，有关反应的化学方程式_；(3)C为_。8某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)试验新型的净水剂。试验程序如下：已知：Al2O3与纯碱反应的产物是NaAlO2和CO2。试回答下列问题：(1)写出混合物A、B、滤液C、沉淀

19、D的主要成分：A_；B._；C._；D._。(2)写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式_，_。(3)生成D沉淀的离子方程式为_。(4)该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有_。A玻璃坩埚 B瓷坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚基础落实一、1.硅、氧和金属2.不溶稳定3.Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO24.水玻璃硅胶木材防火剂6(1)金刚砂(2)导磁性(3)低温(4)分子筛二、1.晶体无定形2.金刚石3.(2)强碱氢氟酸4(1)半导体材料(2)新能源1C2B依据在化合物中正、负化合价的代数和为零，代入数值验证即可。3B4.C5B对新情境、新材料的信息题，关键是

20、对信息的解读，弄清材料的性质、特点，再结合所学知识解答。航空材料的特点是轻质、高强度、高可靠性，故A正确，B错；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅陶瓷、碳纤维复合而成的材料属于新型无机非金属材料，C、D正确。6(1)Si3N4(2)Si3N412HF=3SiF44NH3(3)3SiCl42N26H2Si3N412HCl解析由N显3价，Si显4价，可写出氮化硅的化学式为Si3N4；联想SiO2与HF的反应，可知该陶瓷与HF反应可生成SiF4，另外H和N结合成NH3。SiCl4和N2在H2气氛中反应，除生成Si3N4外还有HCl。1DNa2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料，硅酸的酸性比碳酸弱，所以在空气中易变质生成硅酸：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，故D不正确。2A晶体硅的结构与金刚石相似，具有空间立体网状结构，所以物理性质相似；硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的硅存在，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种