高考专题-碳、硅及其无机非金属材料考点二硅酸、硅酸盐及无机非金属材料讲义高三化学一轮复习

高考专题：碳、硅及无机非金属材料[考纲要求]1.了解碳、硅元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境的影响。考点二硅酸、硅酸盐及无机非金属材料[要点浓缩]硅酸：难溶性酸是硅酸，酸性比碳酸还弱，受热分解不稳定，硅胶常作干燥剂。[要点细化]1.硅酸2.硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、氧与其他化学元素结合而成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠：耐火材料。(3)硅酸盐组成的表示方法：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：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，不同氧化物间以“·”隔开。②各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。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，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。①常见硅酸盐材料比较水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。[易错警示]1.不能依据反应Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑说明H2SiO3的酸性比H2CO3强。强酸＋弱酸盐=强酸盐＋弱酸，该规律仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且熔融态下进行的，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因——CO2为气体，能及时分离出反应体系，使化学反应向右进行。2.SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，化学方程式为：SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl[正误判断](1)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质()(2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应()(3)硅在自然界中只以化合态的形式存在()(4)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失()(5)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体()(6)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料()(7)Si和SiO2都可用于制造光导纤维()(8)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4()(9)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应()(10)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸()(11)玻璃是一种晶体，有较高的熔点()(12)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)×(8)√(9)×(10)×(11)×(12)×[能力提升]1.溶洞和钟乳石是大自然的杰作。溶洞和钟乳石的形成与自然界中碳及其化合物间的转化有着密切联系。下列有关自然界中碳及其化合物间的转化的说法，不正确的是()A．溶洞是通过CaCO3与H2O、CO2作用生成可溶性的Ca(HCO3)2形成的B．游客的参观不会对其造成影响C．溶洞和钟乳石的形成过程中没有涉及氧化还原反应D．钟乳石是在一定条件下可溶性的Ca(HCO3)2转化成CaCO3的结果答案B2.下列关于二氧化硅的说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24L气体(标准状况)时，得到2.8g硅[解析]二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故A错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故B错误；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由方程式SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，可知当生成2.24L(标准状况)即0.1mol气体时，得到0.05mol即1.4g硅，故D错误。答案C3.下列说法不正确的是()A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能[解析]氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故HF可用于刻蚀玻璃，故A正确；盐酸的酸性强于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸可制备硅酸凝胶，故B正确；根据N的非金属性强于Si及化合物中正负化合价的代数和为0的原则，得氮化硅的化学式为Si3N4，故C正确；晶体硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，而不是二氧化硅，故D错误。答案D4.(2019·全国卷Ⅰ，7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点[解析]“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。答案A5.化学与生活密切相关。下列叙述错误的是()A．高纯硅可用于制作光感电池(2019·全国卷Ⅲ，7A)B．活性炭具有除异味和杀菌作用(2019·全国卷Ⅲ，7C)C．无水CoCl2呈蓝色，吸水会变为粉红色，可用于判断变色硅胶是否吸水(2019·天津，3D)D．天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅(2019·浙江4月选考，8C)答案B6.下列说法正确的是()A．汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土(2018·天津，1C)B．SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池(2018·海南，5B)C．12g金刚石中含有化学键的数目为4NA(2018·海南，9A)D．SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维(2018·江苏，3B)[解析]工业上以黏土为原料烧制瓷器，A项正确；二氧化硅对光具有良好的全反射作用，故用于制作光导纤维，而Si为半导体材料，可作光电材料，B项错误；在金刚石中，1个C原子参与形成4个C—C键，则平均每个C原子形成4×eq\f(1,2)＝2个C—C键，n(金刚石)＝eq\f(12g,12g·mol－1)＝1mol，所以12g金刚石中含有2NA个化学键，C项错误；SiO2作光导纤维是由于SiO2具有光学性质，与熔点和硬度无关，D项错误。答案A7.下列有关硅及其化合物的叙述错误的是()A．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性H2SO3>H2SiO3(2017·北京，10D)B．可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液(2015·海南，7B)C．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2016·全国卷Ⅲ，7D)D．石英砂可用于生产单晶硅(2016·海南，4C)[解析]A项，依据强酸制弱酸原理判断；B项，NaOH与玻璃中的SiO2会发生反应2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O，产生的Na2SiO3有黏合性，会将玻璃瓶与玻璃塞黏在一起，因此不能使用玻璃塞，要用橡胶塞，错误。答案B8.下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都发生C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料D．虽然SiO2能与HF、NaOH反应，但SiO2不是两性氧化物[解析]反应②是在高温下进行的，CO2为气体，逸出可使平衡正向移动，促使反应继续进行，B项错误；石英玻璃不属于硅酸盐材料，C项错误。答案D9.(2015·海南，14)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。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：eq\x(X)eq\o(→,\s\up7(Mg),\s\do5(加热))eq\x(Mg2Z)eq\o(→,\s\up7(盐酸))eq\x(Y)eq\o(→,\s\up7(加热))eq\x(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__________________、_________________。答案(1)氢氟酸(HF)SiO2＋4Mgeq\o(=,\s\up7(△))2MgO＋Mg2Si(2)Mg2Si＋4HCl=2MgCl2＋SiH4↑(3)非极性键极性键10.硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如下：①净化N2和H2时，铜屑的作用是__________________，硅胶的作用是_____________。②在氮化炉中发生反应3SiO2(s)＋2N2(g)=Si3N4(s)＋3O2(g)ΔH＝－727.5kJ·mol－1，开始时，严格控制氮气的流速以控制温度的原因是__________________；体系中要通入适量的氢气是为了______________________________________________________________________。③X可能是__________________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。(3)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是___________________________________________________________________。[解析](1)根据原子个数守恒可写出化学方程式3SiCl4＋2N2＋6H2=Si3N4＋12HCl。(2)①由于氧气和水蒸气都能腐蚀氮化硅，而氮气和氢气中含有水蒸气和氧气，所以铜屑的作用是除去氧气，硅胶的作用是除去水蒸气。②因为该反应是放热反应，如果温度过高，局部过热，会导致硅熔化成团，阻碍与N2的接触；通入氢气能将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去。③由于工业用硅中含有铜的氧化物，在反应中氧化铜能被还原生成铜，因此要除去铜应该选择硝酸，盐酸和硫酸不能溶解铜，氢氟酸能腐蚀氮化硅。(3)①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HC