高中化学58个精讲

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高中化学58个考点精讲

22、硅酸盐工业新型无机非金属材料

1.复习重点

水泥工业和玻璃工业的基本原理；新型无机非金属材料的特性及主要用途

2.难点聚焦

1.硅酸(H2SiO3)

酸性很弱(弱于碳酸)溶解度很小，由于SiO2不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的

酸反应制得。

Na2SiO3+2HCl==H2SiO3+2NaCl

硅胶多孔疏松，可作干燥剂，催化剂的载体。

四.硅酸盐

硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，分布广，结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水。

(Na2SiO3、K2SQ3除外)最典型的代表是硅酸钠NazSiCh：可溶，其水溶液称作水玻璃和泡花碱，可作肥

皂填料、木材防火剂和黏胶剂。常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、水泥。

2.硅单质与碳相似，有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石，有金属光泽的灰黑色固体，熔点高

(1410℃),硬度大，较脆，常温下化学性质不活泼。是良好中半导体，应用：半导体晶体管及芯片、光电

池。\\

五.氯元素：位于第三周期第VDA族，原子结构：c'''以易得到一个电子形成氯离子C「为典型的

非金属元素，在自然界中以化合态存在。<7/y7

3.例题精讲//

［例1］熔融氢氧化钠反应选用的器皿是［答案：D

A.陶瓷用烟B.石英用埸C.普通玻璃塔烟D.生铁生烟

分析：陶瓷的成分中含有SiOz,石英的成分就是SiOz,玻璃的主要成分中也含有SiOz,而SiOz在高温

下可以跟NaOH发生如下反应：SiO2+2NaOH^^Na2SiO3所以A、B、C的器皿都不能选用，只能内生铁用烟。

［例2］下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是［］。

A.硅酸钠溶液B.氢氟酸C.氢氧化钠溶液D.氯化钠溶液

分析：玻璃的主要成分之一二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷

容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻

璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在

一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞(原因同氢氧化钠溶

液)。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。答案：AC

［例3］普通玻璃的主要成分为Na2SiO3-CaSiO3-4SiO2

(1)试计算普通玻璃中相当含有Na?。，CaO和SiOz的质量分数各是多少？

(2)制造50kg普通玻璃，需要纯碱、碳酸钙和二氧化硅各多少千克?

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分析：Na2SiO3-CaSiO3-4Si()2可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成为：Na2O-CaO-6Si02o

(1)NazO的摩尔质量为62g/mol,CaO的摩尔质量为56g/mol,SiCfe的摩尔质量为60g/mol。

M(CaO)

M(NaQ)CaO的质量分数:X100%

Na2。的质量分数X100%

M(Na2O*CaO*6SIO2)

M(Na2O•CaO•6SIO2)

=^1^X100%=13%=100%=11.7%

478g478g

M(6SiO)

SiOa的质量分数:2X100%

M(N为0/CaO・6sle

(60X60)g

X100%=75.3%

478g

(2)由第(1)题求出普通玻璃中各氧化物的质量分数，可计算50kg普通玻璃中N&O、CaO和SiOz的含量:

m(Na20)：50kg义13%=6.5kgm(CaO)：50kgX11.7%=5.85kg

m(Si02)：50kgX75.3%=37.65kg再求需纯碱、碳酸钙和二氧化硅的质量：

M(NaO)62g

m(NaCO)6.5k+2=6.5g+11.11kg

23W

M(Na2CO3)

m(CaCO3)5»叱蓝:款)=585+需=10.45kg

m(Si02)：37.65kg

答案：(1)普通玻璃中Na2O的质量分数为13%,CaO的质量分数为11.7%,SiO,质量分数为75.3%。

(2)制造50kg普通玻璃，需要纯碱11.11kg、碳酸钙10.45kg、二氧化硅37.65kg。

［例4］有A、B、C三种不溶于水的固体。A是某元素的一种单质，它在氧气中完全燃烧得到一种无色

气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，另外测得这种气体密度为同温、同压下氧气密度的1.375倍。B固体

能溶于热氢氧化钠溶液，再往所得溶液中加入过量盐酸时，析出白色胶状沉淀。此沉淀干燥后，成为不溶于

水的白色粉末，这是一种比碳酸酸性还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热得到C,C在高温时软

化，无固定熔点。

根据以上事实，判断A为哪种元素的单质？B、C各是什么物质？写出有关反应的化学方程式。

分析：先求出A燃烧后生成的气体的相对分子质量，根据该气体的相对分子质量及其反应现象可推出单

质A；再根据B的有关反应现象可推出B；最后根据制取C的方法及C的性质可推出Co

A物质燃烧后生成的气体的相对分子质量为：32X1.375=44

该气体能使澄清石灰水变浑浊，所以该气体为二氧化碳，A为碳元素的一种单质。

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根据B物质能与氢氧化钠反应，且能继续与过量的盐酸反应生成一种比碳酸还弱的酸，可推出B物质为

二氧化硅。

C物质由石灰石、纯碱、B物质（二氧化硅）混合加热而得，结合C物质在高温时软化且无固定熔点,

可推知C物质为普通玻璃。

答案：A为碳兀素的一■种单质。C+02=^=C02

B为SiOzSi02+2Na0H==Na2Si03+H20Na2Si03+2HC1=2NaC1+H2Si03I

C为普通玻璃Na2C03+SiO2==Na2Si03+C02tCaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2t

［例5］某硅酸锌样品含58.6%的锌，而ZnO%与SiO?%的质量分数的总和为100%,写出这样品的化学式

（最简式）。

分析：题目要求写出这样品的化学式（最简式），即是要求通过计算找出ZnO与SiOz的物质的量之比值,

然后用SiO?和ZnO的形式表示此硅酸锌样品的组成。

可先由Zn%求算出ZnO%,并求出SiO?%。然后再运用求最简式最基本的方法求出此硅酸锌的组成。

蟀ZnO%=Zn%^—=58.6%^-=73.0%

Si02%=l-73.0%=27.0%

则ZnO"Q=等：鲁=2：1

该硅酸锌样品的化学式为：2ZnO-Si02o

［例6］两个原硅酸分子的OH原子团之间可以相互作用而脱去一分子水：2H〈SiO-uHeSizOT+H?。

OH

I

HO—SiFH

原硅酸结构为：OH

H—0—Si-|-0—H：o-H

则在所得的HsSizO7分子的结构中，含有的硅氧键数目为［］

A.5R.6C.7D.8

分析：此题是一道选择题，也是一道信息迁移题。给出的新情境是原硅酸结构及脱水反应，考查内容

是HeSi。分子中的硅氧键数目。两个原硅酸共有8个硅氧键，当它们相互作用时，虽然有一个硅氧键断裂,

但又形成一个新的硅氧键，如图所示：

故硅氧键的总数目没有变，仍然是8个。答案：D

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［例7］下列离子方程式书写不正确的是［］

A.往NaOH溶液中通入过量CO2|CO2+OH=HCO；

B.单质硅与烧碱溶液反应|Si+2OH-+H2O=SiO^+2Hat

C.石英砂与烧碱反应制水玻璃81°2+2OH-=SI°7+H2°

+-

D.往水玻璃中通入二氧化碳|Na2SiO3+2H2O+CO2=H4SIO4I+2Na+CO^

分析：往NaOH溶液中通入适量COZ生成正盐Na2c。3,正盐能与酸反应变为酸式盐，所以当CO?过量时即

溶液中H£OB过量时，生成物为NaHCOs,故A式正确。

单质硅能和烧碱溶液反应生成硅酸钠和氢气，NaOH是易溶于水的强碱，Na2Si03o是易溶于水的盐，均完

全电离，故Na*可以简化掉，B式正确。

石英的成分是二氧化硅与烧碱液发生复分解反应生成硅酸钠和水。故C式正确。

碳酸比硅酸酸性强，所以往水玻璃即硅酸钠的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反应物中的Na2SiO3

和生成物中的Na2cO3均为易溶于水的盐，能完成电离写成离子式，并且Na，可以简化掉，故D式不正确。

正确的离子方程式应为：$喏+2比0+82=114sl。4।+CO/

［例8］有一铅锡合金质量为100g,完全氧化后得到氧化物的混合物质量为116g,求合金中铅、锡的质

量分数各为多少？

解法一：

分析：设100g铅锡合金中含锡xg,则含铅（100-x）go①Sn氧化后的稳定产物是SnO?（+4价氧化物

稳定），Sn的相对原子质量为

119,SnC）2的式量为151,xgSn氧化生成的Sn。?质量必为舄兆。②

Pb氧化后的稳定产物是Pb0（+2价氧化物稳定），Pb的相对原子质量为207,PbO的式量为223,（100-x）

为券（l°°-x）g»

gPb氧化生成的PbO质量必

因为SnOz与PbO质量共为116g,故可列一元一次方程，解方程求出Sn、Pb质量。

［解］设100g锡铅合金中含锡xg,含铅为（100-x）go

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根据化学式所表示的元素质量分数及题意，列代数方程式：

解得x=43.2(g)

100-x=100-43.2=56.8(g)

470

合金中含锡为：高X100%=43.2%

合金中含铅为：芸X100%=56.8%

答：合金中锡、铅质量分数分别为43.2%、56.8%

解法二：

分析：此题利用物质的量计算也很方便。设100g合金中含xg,含铅为(100-x)g

则含Sn的物质的量为至mol,根据ImolSn只能生成ImolSnO2,

119

则T^molSn只能氧化生成molSnO2o

1191iy

根据同样道理，%1moiPb只能生成%PbOo

将SnO,与PbO由物质的量换算成质量，质量和为116g。

解：设100g锡铅合金中含锡为xg,含铅为(100-x)gSn的物质的量=Sn()2的物质的量

Sn(%的物质的量为之mol

119Pb的物质的量=PbO的物质的量

PbO的物质的量为嗤

Sn。?与PbO质量和为116g

x[5]+;xx223=116

119207

解得x=43.2(g)(锡的质量)

100-x=56.8(g)(铅的质量)

4??

质量分数：Sn%=需X100%=43.2%

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Pb%=l-43.2%=56.8%

答：合金中铅、锡分别占56.8%、43.2%

［例9］称取两份由碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢镂组成的混合物7.06g。其中：一份加入过量的盐酸，

可得COz为1792mL(在标准状况下),另一份加热至质量不再减少时为止。冷却后再跟过量盐酸反应，可得

COz为896mL(在标准状况下)。求原混合物中，碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢铁的物质的量之比。

分析：此题是根据化学方程式，计算混合物成分物质的量之比的题。解题关键在于正确判断反应物与生

成物、反应物的量与生成物的量之间的关系。

第一份7.06g混合物,各成分都跟过量的盐酸充分反应,均生成COzoCOz体积之和为1792mL；第二份7.06g

混合物加热后，除碳酸氢钠转化为碳酸钠外，碳酸氢钱则因全部转变为气态物质而不存在固体物质了。混合

物中原有碳酸钠及生成的碳酸钠共同跟过量盐酸反应，生成896mLC02o

解全过程发生反应的化学方程式为：

Na2co3+2HCl==2NaCl+Ha+C(M(1)

NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2f(2)

NH4HCO3+HC1==NH£1+H2O+CO2t(3)

2NaHCO3=W2CO34-H2Ot+CO2t(4)

NH4HCO3=NH3t+H2Ot+CO2t(5)

设7.06g该混合物中含Na2cO3、NaHCOs,NH4HCO3分别为x、y、zmol

从化学方程式(1)(2)(3)可知，第一份7.06g混合物与过量盐酸反应,

…_1792~……由

z十y十z=----—\±)

共生成CO2为(x+y+z)mol22400

从化学方程式(4)、(5)可知，第二份7.06g混合物加热，其中

的ymolNaHCC>3生成了加。1983。当仁+菅)molNazCC^与过量

盐酸反应时，由化学方程式(1)可知生成的CO?也为(x+1)molo

y896

：H--=-------

222400②

1792

>22400…“①

y896

xH—=-----

222400■②

106x4-84y+79z=7.06③

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X：y：z=0.02：0.04：0.02=1：2：1答：Na2C03>NaHCCh、NH4HCO3的物质的量之比为1：2：1„

新型无机非金属材料

［例10］新型无机非金属材料跟传统硅酸盐材料相比，有什么特性？

【分析】（1）能承受高温，强度高。如氮化硅陶瓷在1200C时仍具有高强度。

（2）具有电学特性。有的可作绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体。

（3）具有光学特性。有的能发出各色光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。

（4）具有生物功能。有些对人体组织有较好的适应性，且硬度高、无毒、不溶于水，可直接植于人体内。

［例11］请比较红宝石和蓝宝石成分的异同。人造红宝石和人造蓝宝石各有何用途？

【解答】两者的主要成分都是AL03（刚玉）。刚玉中混有少量铭时，呈现红色，就形成红宝石；刚玉

中混有少量钛时，呈现蓝色，就形成蓝宝石。

人造红宝石硬度高，可制钟表的轴承，它能放大某一波长的光而产生激光，可作固体激光器。人造蓝宝

石因能使紫外线和可见光通过，可用于制造光学仪器。

［例12］下列说法正确的是［］

A.二氧化硅溶于水显酸性B.光导纤维传导光的能力非常强，利用光缆通讯，能同时传送大量信息

C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出CO2,所以硅酸的酸性比碳酸强

D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸。

分析二氧化硅不溶于水，不溶于强酸，但溶于氢氟酸。因为它能与碱反应生成盐和水，所以它是酸性

氧化物。硅酸酸性比碳酸弱，它反映在COz通入NazSiOs溶液可生成硅酸。而SiO?能和Na2c高温下反应生成

C02,它可说明不挥发的SiO?可把气体CO?制出，但不能说明碳酸和硅酸的相对强弱。答案：B

4.实战演练

一、选择题（每小题6分，共48分）

1.以下说法正确的是

A.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料B.绿色食品是指不含任何化学物质的食品

C.生物固氮是指植物通过叶面吸收空气中的氮气D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的

2.实验室存放下列各试剂的瓶塞必须用橡皮塞的是

A.澄清石灰水B.硅酸钠溶液C.新制氯水D.氯化钙溶液

3.2MgO-SiO2中的酸根离子是

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A.SiO：B.Si20rC.SiO；D.SiO；-

4.将过量的CO2通入下列溶液中，最终出现浑浊的是

A.CaCL溶液B.石灰水C.饱和Na2c。3溶液D.水玻璃

5.下列各组物质的比较中，正确的是

A.熔点：晶体硅>碳化硅〉金刚石B.金属活动性：错>锡

C.稳定性：CH4>SiH4D.酸性：H2Si03>H2C03

6.欲除去SiO2中混有的少量CaCCh和Fe2O3,最好应加入的试剂是

A.硫酸B.烧碱C.氢氟酸D.盐酸

7.现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是

①SiO2——>Na2si03②C11SO4——>CuCl2③SiCh——>H2Si03

@CuO------>Cu(OH)2@Ca3(PO4)2------>Ca(H2Po4)2

A.①和②B.③和④C.②③和④D.②③④和⑤

8.下列叙述中，不氐随的是

A.光导纤维广泛应用于现代通讯，制造光导纤维的主要原料是SiO2

B.二氧化碳不宜用于扑灭金属钠燃烧引起的火灾

C.一定条件下，可将石墨转化为金刚石，这一变化是物理变化

D.氢气作为新型燃料，其突出的优点是氢气轻，便于携带

二、非选择题(共52分)

9.(12分)将5g含有SiO2的石灰石与267mL0.5mol•17］的盐酸反应，所得CCh在标准状况下的体积为

1064mLo

⑴中和剩余的盐酸，需1mol•L_1NaOH溶液mLo

(2)燃烧1吨这种不纯的碳酸钙，最后残留物质量为吨。

10.(10分)氮化硅是一种耐高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯

硅与纯氮在1300℃反应获得。

(1)氮化硅晶体属于晶体O

(2)已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且