学案：4-1碳、硅及无机非金属材料

第1节碳、硅及无机非金属材料析考情明考纲

高考对本节内容的考查点有三个： 一1．了解碳、硅的原子结构、认识硅在自然界的存在形式。2．了解碳、硅及其重要化合物的主要性质。3．了解硅酸盐产品及其在生产生活中的用途。

是以新材料、新技术为背景考查 C、Si及其重要化合物的性质及应用；二是以推断题考查 C、Si及其化合物之间的转化关系；三是以硅、硅酸的制备为载体，考查实验探究能力。特别注意，Si、SiO2在现代科技中的用途经常以选择题形式出现，已成为高考考查热点。考点 碳、硅单质的性质及用途1．碳单质的存在、性质和用途种类主要有金刚石、石墨、C60或富勒烯等结构金刚石：正四面体空间网状结构石墨：平面正六边形层状结构物理性质金刚石：熔点高，硬度大，不导电石墨：熔点高，质软，有滑腻感，能导电化学与O22充足时：＋点燃2OC2O=====CO性反应点燃质O2不足时：2C＋O2=====2CO△与氧CuO：2CuO＋C=====2Cu＋CO2↑(冶炼金属)化物高温22反应SiO：SiO＋2C=====Si＋2CO↑(制取粗硅)高温H2O：C＋H2O(g)=====CO＋H2(制取水煤气)与强△氧化浓H24：＋24浓2↑＋2↑＋2C)=====COSO2HSO(2SO2HO性酸浓HNO3：＋3浓△2↑＋2↑＋2C)=====CO4NO2HO反应4HNO(金刚石：用作切削刀具、装饰品等用途石墨：作电极、高温润滑剂、铅笔芯等2．硅单质的存在、性质和制备(1)结构及物理性质(2)化学性质硅的化学性质不活泼，常温下不能被浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂氧化，只能与F2、氢氟酸、强碱溶液反应；在加热条件下，能与 O2、Cl2等少数非金属单质化合。写出下列相关反应的化学方程式：(3)工业制备高温反应原理：①制粗硅 SiO2＋2C=====Si＋2CO↑高温 高温②粗硅的提纯 Si＋2Cl2=====SiCl4、SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl易错警示(1)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。(2)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂， H2O为氧化剂。判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)碳和硅两种元素共有两种单质。 ( )(2)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。 ( )(3)硅单质广泛存在于自然界中，天然存在的单质硅叫硅石。( )(4)常温下，硅很稳定，不能跟酸、碱溶液反应。 ( )(5)硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。( )(6)C60属于原子晶体，熔点高，硬度大。 ( )提示 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×题组一 碳、硅的性质及用途1.[2015福·建厦门质检]关于金刚石、石墨和 C60的判断，正确的是( )A．均含共价键 B．互为同分异构体C．互为同位素 D．性质相同答案 A解析 金刚石、石墨和C60是由碳元素形成的不同单质，三者互为同素异形体，均含共价键，本题答案为 A。2．[2015·南模拟济]有些科学家提出硅是“ 21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是 ( )A．高纯度的硅广泛用于制作计算机B．硅可由二氧化硅还原制得C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅答案D解析 硅是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯高温片，A正确；2C＋SiO2=====Si＋2CO↑，B正确；常温下，Si的性质稳定，但可以与 F2、HF、强碱溶液反应，C正确；自然界中不存在单质硅，D错误。题组二 硅的制备3.半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由 SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是 ( )高温A．2C＋SiO2=====Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O△C．Si＋2Cl2=====SiCl4高温D．SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl答案

B解析

工业制取纯硅的工艺流程为

C Cl2SiO2――→粗硅――→H2SiCl4――→纯硅，该工艺流程中不涉及 SiO2与NaOH溶液的反应。4．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：①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅， 同时得到一种可燃性气体；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3＋(Si250～300℃3HCl=============SiHCl3＋H2)；铜粉SiHCl3与过量的H2在1100～1200℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。请回答：(1)第一步制取粗硅的化学方程式为 _______________________。(2)粗硅与 HCl 气体反应完全后，经冷凝得到的 SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量 SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯 SiHCl3 采 用 的 方 法 为。(3)实验室用

SiHCl

3与过量的

H2反应制取纯硅装置如图所示

(加热和夹持装置略去)：①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，目的是。②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是。③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__________________。高温答案(1)SiO2＋＋2CO↑2C=====Si(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓硫酸'使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成'在题给反应温度下(1100～1200℃)，普通的玻璃会软化SiHCl3＋1100～1200℃H2=====Si＋3HCl③排尽装置中的空气解析 (3)①因SiHCl3与水强烈反应，故 A中产生的H2必须干燥，因此B中的试剂为浓 H2SO4，起干燥作用，且 C烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故 D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1100～1200℃，此温度下普通的玻璃容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。★总结提升碳、硅单质的特殊性一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。(3)Si的还原性大于 C，但 C在高温下能还原出 Si：SiO2＋高温2C=====Si＋2CO↑。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟 HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(5)常见与强碱反应生成 H2的固体单质有 Al和Si，能够置换出H2O中氢的非金属单质为碳，这些特征反应常作为推断题的突破口。(6)金刚石为原子晶体，1mol金刚石含有2mol碳碳单键；晶体硅为原子晶体，1mol晶体硅含有2molSi—Si键；二氧化硅晶体为原子晶体，1molSiO2中含有4molSi—O键；石墨为混合晶体，1mol石墨中含1.5molC—C键，每个六元环中平均含2个碳原子；C60是分子晶体。考点 碳和硅的氧化物1．一氧化碳CO是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。高温(1)燃烧的化学方程式为 2CO＋O2=====2CO2。△(2)还原CuO的化学方程式为 CO＋CuO=====Cu＋CO2。2．二氧化碳和二氧化硅类别结构特点主要物理性质①与水反应②与酸反应③与碱反应化学性质④与盐反应⑤与碱性氧化物反应用途易错警示明C的还原性比

二氧化碳二氧化硅均为酸性氧化物由二氧化碳分子构成，属于由氧原子与硅原子构成立体网状结构，属于原子晶分子晶体体熔、沸点低，常温下为气体，硬度大，熔、沸点高，常微溶于水温下为固体，不溶于水CO2＋H2OH2CO3不反应只与氢氟酸反应：不反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OCO2少量：CO2＋2OH－SiO2＋2NaOH======CO2－3＋H2ONa2SiO3＋H2O(盛碱性液CO2过量：CO2＋OH－===HCO－的试剂瓶用橡胶塞)3如与Na2SiO3反应：CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓如与Na23反应：SiO2＋Na2CO3或23＋高温CONaSiO2H2O＋2CO2(足＋Na232SiO3CO=====Na量)===H2SiO3↓＋＋CO2↑2NaHCO3如与CaO反应：SiO2＋如与Na2O反应：CO2＋高温Na2O===Na2CO3CaO=====CaSiO3光导纤维、光学仪器、电制饮料、制碳酸盐子部件高温(1)不能依据反应 2C＋SiO2=====Si＋2CO↑来说高温Si强，也不能依据反应 SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比 H2CO3强。(2)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为 SiO2与碱溶液反应生成具有黏性的 Na2SiO3。(3)SiO2虽然能与 NaOH溶液、HF溶液反应，但不属于两性氧化物，属于酸性氧化物，但与水不能直接反应。判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)CO2溶于水生成碳酸，SiO2也能溶于水并生成硅酸。 ( )(2)SiO2是酸性氧化物，不与任何酸反应。 ( )(3)SiO2既能与碱反应，又能与酸(氢氟酸)反应，属于两性氧化物。(

)(4)CO

和CO2是碳的两种氧化物，二者均是温室气体。

(

)(5)CO2不支持燃烧是相对的。

(

)提示

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√题组一 二氧化硅的结构与性质1.下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是 ( )A．存在四面体结构单元， O处于中心，Si处于4个顶角B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子C．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子答案D解析 本题考查 SiO2晶体结构。二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角，所以A错误；在SiO2晶体中，每6个Si和6个O形成一个12元环(最小环)，所以D正确，B、C错误。2．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。①SiO2＋23＋22NaOH===NaSiOHO()高温②SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑( )高温SiO2＋2C=====Si＋2CO↑()高温SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑()⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( )A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B．氧化性C．酸性氧化物的通性D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E．未参加氧化还原反应答案 ①C ②D ③B ④E ⑤A解析 在①中体现 SiO2的酸性氧化物的性质；②中是与盐反应生成酸酐；在③中SiO2中元素化合价降低，显示氧化性；在④中SiO2元素化合价不变；在⑤中玻璃中 SiO2被HF腐蚀。★总结提升含硅化合物的特殊性(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不与酸作用，但 SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(3)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。(4)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；红、蓝宝石的主要成分是Al2O3。题组二 二氧化碳的性质3.用四种溶液进行实验，表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液不变浑浊BaCl2溶液B通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，Ca(OH)2溶液再加入足量的NaOH溶液，又变浑浊答案B解析A项，CO2与BaCl2溶液不反应；B项，CO2＋Na2SiO3H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，品红溶液被HClO氧化褪色；D项，通入CO2少量时发生反应：CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的 Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH溶液，则：2NaOHCa(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。4．二氧化碳又名碳酸气，具有较高的民用和工业价值，在多种领域有着广泛的应用。目前，二氧化碳在棚菜气肥、蔬菜(肉类)保鲜、生产可降解塑料等方面也展现出良好的发展前景。 二氧化碳是一种无色无味的气体，无毒、不导电并且没有可燃性。但是金属镁在点燃的条件下可以在二氧化碳气体中燃烧，其中还原产物是碳。.①氧化产物是__________；②请写出化学反应方程式，并用单线桥法表示该反应的电子转移总数 。.CO2气体与碱溶液反应时，用量不同其生成的产物不同。①少量CO2通入过量的KOH溶液中，请写出离子反应方程式；②取两份等物质的量浓度等体积的 Ca(OH)2溶液，一份通入过量CO2，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系如图1所示。写出沉淀变化由 a到b的离子方程式_____________________。Ⅲ.另一份先加入少量的KOH固体溶解，再将过量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，请绘图2表示出生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系；并写出该图与②中不同曲线处对应的离子反应方程式。答案Ⅱ.①CO2＋－2－2②3＋2＋2OH===CO＋CaCOCOHOH2O===Ca2＋＋2HCO－3.2－＋CO2＋H2O===2HCO－CO33解析本题考查元素及其化合物知识。Ⅰ.Mg在二氧化碳中点点燃燃生成氧化镁和碳，其反应方程式为2Mg＋C4e－O2=====2MgO＋C，其中MgO为氧化产物。Ⅱ.①少量CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和水，其离子方程式为CO＋2OH－===CO2－＋HO；②过量CO3222与Ca(OH)2溶液先生成沉淀，然后又转化为Ca(HCO3)2，沉淀溶解，故a到b的离子方程式为CaCO3＋CO2＋H2O===Ca2＋－＋2HCO3。.把过量的CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中，CO2先与OH－反应生成CO23－，遇到Ca2＋生成CaCO3沉淀，再通入CO2时，CO2继续和OH－反应，直到2－和CaCO3全部转化为CO2过量时，CO3HCO－3，最后沉淀溶解。★总结提升碳酸的“强酸性”碳酸虽然是一种弱酸，但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强，将 CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。如：CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO；CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3；CO2(过量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；题组三 CO2与碱、盐溶液反应产物的定量判断5．往100mLNaOH溶液中通入CO2，充分反应后，在减压和较低温度下，小心将溶液蒸干，得白色固体 M。通入 CO2的体积V(CO2)/mL(标准状况，下同)与M的质量W/g的关系如图。(1)A点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。(2)C点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。(3)推算B点时M的组成________(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为________mL。答案 (1)Na2CO3 1120 (2)NaHCO3 2240(3)Na2CO3和NaHCO3 1792解析首先NaOH转化为Na2CO3，继续通CO2又转化为NaHCO3，结合图形得出：A点M为Na2CO3，V(CO2)＝1120mL；C点M为NaHCO3，V(CO2)＝2240mL；B点为Na2CO3和NaHCO3的混合物，由守恒法求出 V(CO2)＝1792mL。★总结提升CO2与碱、盐溶液的反应总结1．与碱溶液的反应(1)反应原理少量CO2 CO2NaOH ――→Na2CO3――→NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断nNaOH溶质成分x＝nCO2x≤1∶1NaHCO31∶1<x<2∶1Na2CO3、NaHCO3x＝2∶123NaCOx>2∶1NaOH、Na2CO3也可用数轴来表示：2．与盐溶液的反应(1)CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3(2)CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO(3)CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO33．往某溶液中不断通入 CO2至过量时，现象是“先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解”的反应(1)往澄清石灰水中不断通入 CO2气体Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2OCaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2(2)往氢氧化钡溶液中不断通入CO2气体Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2OBaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2(3)往漂白粉溶液中不断通入CO2气体Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClOCaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)24．往某溶液中不断通入CO2气体至过量时，现象为“产生白色沉淀或浑浊，沉淀或浑浊不消失”的反应(1)在NaAlO2溶液中不断通入CO2气体至过量2AlO－2＋CO2(少量)＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO23－－AlO2＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)

3↓＋HCO

－3(2)往

Na2SiO3

溶液中不断通入

CO2气体至过量2－ 2－SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO3，(3)往饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体＋＋CO32－＋CO2＋23↓2NaHO===2NaHCO(4)Na2CO3溶液中通入CO2气体2－＋H2O===2HCO－CO2＋CO33考点 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1．硅酸(1)弱酸性：H2SiO3难溶于水，其酸性比碳酸 弱，不能使指示剂变色，能与强碱 (如NaOH)反应，反应的化学方程式为 2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O。(2)不稳定性：H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式△为H2SiO3=====SiO2＋H2O。(3)硅酸的制备及硅胶①制备原理：可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。②硅胶：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶， 经干燥脱水后即得硅胶，常用作干燥剂和催化剂的载体。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)硅酸钠(Na2SiO3)①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。②它能与较强的酸反应，如与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(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硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料指的是我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、陶瓷等，陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。(2)新型无机非金属材料，指的是一类新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。(3)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。易错警示 (1)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃的成分不相同；水玻璃又称为泡花碱，但它却是盐溶液 (存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，而不是碱溶液。(2)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)硅酸易溶于水，酸性比碳酸弱，化学性质比较稳定，受热不分解。( )(2)水玻璃俗称泡花碱，是一种纯净物。 ( )(3)向一定浓度的 Na2SiO3溶液中通入适量 CO2出现白色沉淀，通入过量CO2，白色沉淀消失。( )(4)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。 ( )(5)生产水泥和玻璃的共同原料是石英。 ( )(6)新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高。( )(7)玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐。 ( )(8)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 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)×题组一 硅酸盐的结构和性质1.[2015济·南模拟]随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作，可以获取大量月球物质并进行成分分析， 月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi26、正长石[KAlSi38]和橄榄石[(Mg或Fe)2O]O4等，下列说法或分析不正确的是()SiO]A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．正长石的氧化物形式可表示为 K2O·Al2O3·3SiO2C．橄榄石中铁为＋2价D．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答案 B解析根据辉石[CaMgSi26、正长石38]和橄榄石[(MgO][KAlSiO或Fe)2SiO4]的化学式可知三者均属于硅酸盐矿，A正确；根据元素化合价不变的原则，将正长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B不正确；根据化合价代数和为零，橄榄石中铁为＋2价，C正确；铁单质与氧气接触易被氧化，所以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的缘故， D正确。2．青石棉(cricidolite)是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na25822(OH)2。青石棉用FeSiO稀硝酸溶液处理时，还原产物只有 NO，下列说法不正确的是 ( )A．青石棉是一种硅酸盐产品B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为 Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被还原答案B解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素 (主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体； 1 molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时，失去 3mol电子，而还原产物只有 NO，故能使1molHNO3被还原。★总结提升硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物― →较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“ ·”隔开。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：1 1KAlSi3O8 不能写成2K2O·2Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。(4)实例高岭土(Al2Si2O7·2H2O)?Al2O3·2SiO2·2H2O石棉(CaMg3Si4O12)?CaO·3MgO·4SiO2沸石(Na2Al2Si3O10·2H2O)?Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O云母(KAl3Si3O17·H2O)?K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O题组二 无机非金属材料3.[2015河·南师大附中测试 ]有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是( )A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料B．氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性，它不与任何无机酸反应C．光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，耐酸碱腐蚀D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通信质量高，能防窃听答案 D解析 本题主要考查新型无机非金属材料的性质。 难度较小。高温结构陶瓷的硬度很大，硬度比金属材料要大， A项错误；氮化硅能与氢氟酸反应，B项错误；光导纤维的成分是 SiO2，可与HF、NaOH溶液反应，C项错误。4．材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础。下列生产能获取新型无机非金属材料的是 ________(填序号)。①以甲烷为原料，在一定条件下生产金刚石 ②高温下用焦炭还原SiO2制备单晶硅③在水泥生产过程中加入高炉矿渣生产有特殊用途的水泥④在玻璃生产过程中加入K、Pb生产具有特殊用途的光学玻璃 ⑤将二氧化硅与碳在电炉中加热至 1900℃以上生产碳化硅答案 ①②⑤解析 金刚石、单晶硅、碳化硅属于新型无机非金属材料，而玻璃、水泥则是传统无机非金属材料。题组三 碳、硅及其化合物的综合推断5.[2015大·庆模拟]A、B、C是元素周期表中前 18号元素中的3种单质，甲、乙是常见的化合物，它们之间存在如图所示关系。(1)如图反应①～③中属于化合反应的是 ________(填序号)。化合反应有多种类别，试举出一例与图中化合反应类别不同的实例：________________________________________用(化学方程式表示)。(2)若甲常温下呈液态， A常温下是固态非金属单质，则乙的化学式是________。若甲常温下呈液态， A常温下是气态非金属单质，则乙的电子式是

。(3)若甲常温下呈气态，

A是常见的金属单质，写出

A和甲在一定条件下反应的化学方程式：

。(4)若A、B业上的用途是

属于同一主族的高硬度单质，则

A与甲的反应在工。高温答案

(1)①③

SiO2＋CaO=====CaSiO3(其他答案合理即可

)(2)CO

····H·F···点燃(3)2Mg＋CO2=====2MgO

＋C

(4)制取粗硅解析 (1)利用化合反应的定义可推知图中①③属于化合反应，均属于由单质化合成化合物， 与其不同的应为化合物之间的化合， 如高温SiO2＋CaO=====CaSiO3。(2)若甲常温下为液态，应为H2O，A为常温下的非金属固体单质，应为碳，则乙为CO，B为H2，C是O2；若甲常温下为气态非···金属单质应为F2，乙为HF，B为O2，C是H2，乙的电子式为H·F·。·(3)若甲常温下呈气态，A是常见的金属单质，应为Mg，甲为CO2，乙为MgO，B为C，C为O2，A与甲反应方程式为2Mg＋点燃CO2=====2MgO＋C。(4)若A、B属于同一主族的高硬度单质，则 A为C，甲为SiO2，乙为CO，B为Si，C为O2，C与SiO2反应在工业上的用途是制取粗硅。6．含A一种化合物

元素的一种单质是一种重要的半导体材料， 含A元素的C可用于制造高性能的现代通讯材料 ——光导纤维，C与烧碱反应生成含

A元素的化合物

D。(1)在元素周期表中，A位于________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为____________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是 。(2)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是。(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。①分别写出生成 D、F 的化学反应方程式：____________________、____________________。②要将纯碱高温熔化，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(4)100gC与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2L,100g混合物中石灰石的质量分数是 ________。答案 (1)ⅣA 最外层均有4个电子，最内层均有 2个电子(2)氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O高温(3)①SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ ②D(4)50%解析 (1)A元素的单质可作半导体材料，含 A元素的化合物 C是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素 B为碳。(2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2与Na2CO3高温下反应生成 Na2SiO3和CO2，Al2O3与Na2CO3高温下反应生成NaAlO2和CO2，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。高温(4)SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑要生成11.2L标准状况下的CO2，需CaCO350g，SiO260g，两者之和大于100g，若SiO2过量，CaCO3不足，产生CO2少于11.2L，若CaCO3过量，SiO2不高温足，过量的 CaCO3又会发生分解反应 CaCO3=====CaO＋CO2↑，不影响CO2的量，故混合物由 50gCaCO3与50gSiO2组成。★思维建模硅及其化合物的转化关系图特色专题的归纳整合：无机非金属材料及相关工业生产知识分析近几年的高考试题发现涉及本考点的考题主要以硅的化合物知识为载体，考查硅、二氧化硅的性质及硅的制备等相关知识，硅酸盐材料是人类生活必不可少的物质基础。与当今的生产、生活实际密不可分，新课程改革理念及新高考命题思想均要求与社会生产、生活紧密结合，所以相关知识一定会在今后的高考中出现，其题型一般以选择题、填空题为主。[专题归纳]1．传统无机非金属材料如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。水泥 玻璃 陶瓷主要原料黏土、石灰石石灰石、石英黏土砂、纯碱主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要反应：Na2CO3＋高温SiO2=====复杂的物理、化Na2SiO3＋复杂的物理、化变化CO2↑、学变化过程学变化过程CaCO3＋高温SiO2=====CaSiO3＋CO2↑硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙组成(2CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)重要的建筑材用途料

硅酸钠、硅酸钙硅酸盐和二氧化硅制化学实验用 在工农业、科的玻璃仪器、窗 技、生活、实验玻璃等 室中使用广泛[特别提醒] (1)水泥中加入石膏是为了调节水泥的硬化速度。 (2)除普通玻璃外，还有石英玻璃、光学玻璃等。有色玻璃是在普通玻璃中加入某些金属氧化物而制成的， 如加氧化钴呈蓝色、加二价铁的化合物呈淡绿色等。 (3)钢化玻璃是将普通玻璃加热到高温，再骤然冷却而制成的，它具有耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻和抗震等优点，主要用于制作运动器材、微波通讯器材、窗玻璃等。2．新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、光导纤维等。主要特性：能承受高温、高强度；具有电学、光学特性；具有生物功能。(1)高温结构陶瓷：主要指具有一定强度、硬度、韧性等机械性能的各种材料。如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷等，在工业、国防上有重要的应用。(2)光导纤维：简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。用于通讯、医疗、信息处理、遥感测控、照明等。(3)生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。(4)压电陶瓷：具有压电效应。[典例][2015·威海一模]X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光导纤维。

F、G按要求回答下列问题：(1)C的化学式为________；X的化学式为________。(2)写出下列方程式：反应②的化学方程式

；反应⑦的离子方程式

。[答案]

(1)SiCl4

Si3N4(2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HClSiO2－＋2HO＋2CO===HSiO↓＋2HCO32223

－3[解析]由I可作光导纤维知，I为SiO2，根据题给第二个框图中的转化关系和“F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀”知F为硅酸，H为硅酸钠；由E→G是加入了硝酸银和稀硝酸，生成了难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，则E中含有氯离子；则化合物C中含硅、氯两种元素，故C为SiCl4，D为Si(NH2)4，X为Si3N4。[考题集训][2015·课标全国卷Ⅰ]硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：回答下列问题：(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式 ________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有________(写出两条)。(2)“粗硼酸”中的主要杂质是 ________(填名称)。(3)以硼酸为原料可制得硼氢化钠 (NaBH4)，它是有机合成的重要还原剂，其电子式为 。(4)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程。△答案(1)Mg225·2＋243BO3＋2MgSO4提BOHO2HSO=====2H高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)(七水)硫酸镁 (3)△ △(4)2H3BO3=====B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg=====2B＋3MgO解析 (1)Mg2B2O5·H2O 与硫酸反应得到硼酸和硫酸镁：△Mg2B2O5·H2O＋2H2SO4=====2H3BO3＋2MgSO4。结合影响反应速率的因素，提高反应速率可以适当升高温度、减小铁硼矿粉粒径等。(2)“粗硼酸”中的杂质主要是硫酸镁。(3)NaBH

4的电子式为△

。(4)2H3BO3=====B2O3＋3H2O，结合铝热反应知识，可写出镁置△换出B的化学方程式：B2O3＋3Mg=====2B＋3MgO。1.[高考集萃]判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)[2015山·东高考]向Na2SiO3溶液中通入过量SO2：SiO32－＋SO2＋H22SiO3↓＋2－。()3O===HSO(2)[2015上·海高考]硬度：晶体硅<金刚石。()(3)[2014海·南高考]Si和SiO2都用于制造光导纤维。()(4)[2014四·川高考]硅胶可作为袋装食品的干燥剂。()(5)[2014四·川高考]漂白粉、石英都属于纯净物。()(6)[2014重·庆高考改编]氢氟酸刻蚀玻璃不涉及化学变化。()(7)[2014江·苏高考改编]由于晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。( )(8)[2013广·东高考]SiO2可与HF反应，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。

(

)答案

(1)×

(2)√

(3)×

(4)√

(5)×

(6)×

(7)×

(8)√解析

(1)SO2

过量时应生成

HSO－3，错误；

(3)SiO2

可用作光导纤维，Si用于制作太阳能电池板，错误；(5)漂白粉是

CaCl2与

Ca(ClO)2的混合物，石英主要成分为SiO2，错误；(6)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O属于化学变化，错误；(7)硅用于作半导体材料是因为其导电性介于导体与绝缘体之间，与熔点高、硬度大无关，错误。2．[2015·江苏高考]在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是( )A．元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体B．Mg、MgO中镁元素微粒的半径： r(Mg2＋)>r(Mg)C．在该反应条件下，Mg的还原性强于C的还原性D．该反应中化学能全部转化为热能答案 C解析A项，碳还存在C60等同素异形体，错误；B项，Mg的电子层数比Mg2＋多，所以半径：r(Mg)>r(Mg2＋)，错误；C项，反点燃应方程式为2Mg＋CO2=====2MgO＋C，还原剂为Mg，还原产物为C，根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性可知，该条件下 Mg的还原性强于C，正确；D项，燃烧过程中化学能除了转化为热量，还转化为光能等其他能量，错误。3．[2015·海南高考]单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所求的路线制备。其中X为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。XMg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_____