第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角——硅考點(diǎn)一碳、硅單質(zhì)及其化合物【核心知識通關(guān)】1.C、Si的存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途：碳硅存在形態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)_______化合態(tài)碳硅物理性質(zhì)金剛石：熔點(diǎn)___、硬度___石墨：硬度___、電的良導(dǎo)體灰黑色固體，有金屬光澤、熔點(diǎn)___、硬度大，有脆性用途_______用于制造切割刀具；_____用于制造電極、鉛筆芯_______材料和合金材料高大小高金剛石石墨半導(dǎo)體2.硅的還原性：△====Si+O2SiO2△====Si+2Cl2SiCl43.硅的工業(yè)制法及提純：高溫====SiO2+2CSi+2CO↑高溫====SiCl4+2H2Si+4HCl4.二氧化碳與二氧化硅的比較：物質(zhì)SiO2CO2物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水物質(zhì)SiO2CO2化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)_________________與酸反應(yīng)________________________不反應(yīng)CO2+H2OH2CO3SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O物質(zhì)SiO2CO2化學(xué)性質(zhì)與堿反應(yīng)SiO2+2NaOH====____________盛堿液的試劑瓶用橡皮塞CO2+2NaOH====__________或CO2+NaOH====______與鹽反應(yīng)SiO2+Na2CO3_____________、SiO2+CaCO3____________Ca(ClO)2+CO2+H2O====________________CO2+Na2CO3+H2O====_______Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2ONaHCO3高溫====高溫====Na2SiO3+CO2↑CaSiO3+CO2↑CaCO3↓+2HClO、2NaHCO3物質(zhì)SiO2CO2化學(xué)性質(zhì)與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO______CO2+Na2O====______與碳反應(yīng)____________________________________高溫====CaSiO3Na2CO3CO2+C2COSiO2+2CSi+2CO↑高溫====高溫====物質(zhì)SiO2CO2用途制光學(xué)儀器、石英玻璃、常用來制造通訊材料_________

化工原料、滅火劑。干冰用作_______，人工降雨光導(dǎo)纖維制冷劑5.硅酸：難弱Na2CO3+H2SiO3↓△====H2SiO3SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl====H2SiO3↓+2NaCl【特別提醒】(1)自然界中有碳的單質(zhì)存在，但不存在硅的單質(zhì)。(2)Si的還原性強(qiáng)于C，但C能還原SiO2生成Si，且氧化產(chǎn)物為CO：2C+SiO2Si+2CO↑，其原因是產(chǎn)物CO為氣體，它的放出降低了生成物濃度，促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。【典題技法歸納】(2015·海南高考)單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料①，可由X通過如下圖所示的路線制備，其中X為Z的氧化物，Y為氫化物，分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似②，回答下列問題：(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸③是________________；由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式④為__________________。(2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)方程式⑤為_______________，Y分子的電子式為______。(3)Z、X中共價(jià)鍵的類型分別是_________________、_____________________________。【典題剖析】關(guān)鍵信息信息分析與遷移信息①最常見的半導(dǎo)體材料是Si信息②四面體結(jié)構(gòu)的氫化物最常見的是CH4、SiH4等信息③能與SiO2反應(yīng)的酸是HF信息④根據(jù)Z元素化合價(jià)的變化，發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)信息⑤Z元素化合價(jià)沒變，發(fā)生的是復(fù)分解反應(yīng)【解析】Z為半導(dǎo)體單質(zhì)，則Z是Si；其氧化物為二氧化硅，即X為SiO2，可與氫氟酸反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)的流程圖可知，二氧化硅與Mg反應(yīng)生成Mg2Si，Mg2Si與鹽酸反應(yīng)生成的Y為氫化物，則Y的分子式是SiH4，其電子式為

加熱分解SiH4可得到硅單質(zhì)。答案：(1)氫氟酸SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si(2)Mg2Si+4HCl====2MgCl2+SiH4

(3)非極性鍵極性鍵【歸納總結(jié)】硅及其化合物的特性物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性Si硅的還原性比碳強(qiáng)SiO2+2CSi+2CO↑非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)一般不生成氫氣Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性Si非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)Si+4HF====SiF4↑+2H2↑一般非金屬單質(zhì)為絕緣體硅為半導(dǎo)體物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性SiO2酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O“較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的一般規(guī)律，碳酸酸性大于硅酸Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，但在高溫下Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性H2SiO3無機(jī)酸一般易溶于水硅酸和原硅酸難溶于水【高考模擬精練】1.(2016·廣州模擬)下列有關(guān)硅材料的說法正確的是(

)A.光纖的主要成分是高純度的單質(zhì)硅B.瑪瑙的主要成分是硅酸鹽C.28g硅含有6.02×1023個電子D.28Si、29Si、30Si是不同的核素【解析】選D。光纖的主要成分為高純度的二氧化硅，A錯；瑪瑙的主要成分為二氧化硅，B錯；1個硅原子中含有14個電子，因此28g硅含有電子的數(shù)目為×14×6.02×1023mol-1=8.428×1024，C錯。2.(2016·福州模擬)下列有關(guān)說法正確的是(

)A.硅相對于氫氣便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是有開發(fā)價(jià)值的燃料B.硅在地殼中含量居第二位，在地球上有豐富的硅資源，如石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是單質(zhì)硅C.存放NaOH溶液的試劑瓶應(yīng)用玻璃塞D.二氧化硅是一種良好的半導(dǎo)體材料【解析】選A。硅常溫下為固體，性質(zhì)較穩(wěn)定，便于貯存，較為安全，硅是有開發(fā)價(jià)值的燃料，故A正確；硅在地殼中含量居第二位，在地球上有豐富的硅資源，如石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅，故B錯誤；二氧化硅能夠與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉和水，硅酸鈉具有黏性，所以堿性物質(zhì)不能用磨口玻璃塞盛放，故C錯誤；二氧化硅不導(dǎo)電，是絕緣體，故D錯誤。3.(1)(2014·天津高考)晶體硅(熔點(diǎn)1410℃)是良好的半導(dǎo)體材料。由粗硅制純硅過程如下：寫出SiCl4的電子式：_________________________；在上述由SiCl4制純硅的反應(yīng)中，測得每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：______________________________________。(2)(2013·安徽高考)一種核素W的質(zhì)量數(shù)為28，中子數(shù)為14且W的單質(zhì)與氫氟酸反應(yīng)生成兩種無色氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________。【解析】(1)每生成1.12kg純硅需吸收akJ熱量，則生成28gSi需吸收的熱量為0.025akJ，可知熱化學(xué)方程式為SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)ΔH=+0.025akJ·mol-1(2)核素W的質(zhì)量數(shù)為28，中子數(shù)為14，則該元素為Si。答案：(1)SiCl4(g)+2H2(g)

Si(s)+4HCl(g)ΔH=+0.025akJ·mol-1(2)Si+4HF====SiF4↑+2H2↑【加固訓(xùn)練】1.(2016·焦作模擬)下列說法正確的是(

)A.單質(zhì)氧化物酸或堿鹽，碳或硅單質(zhì)可以按上述關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化B.若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化：b→c→aC.太陽能電池板中的硅在元素周期表中處于金屬元素與非金屬元素的交界位置D.單質(zhì)硅常用于制造光導(dǎo)纖維【解析】選C。A項(xiàng)，SiO2不與H2O反應(yīng)，即“氧化物

酸或堿”不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化；B項(xiàng)，b→c，c→a均不能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化；D項(xiàng)，SiO2用于制造光導(dǎo)纖維。2.硅作為一種新型能源被廣泛開發(fā)利用，關(guān)于其有利因素的下列說法中，你認(rèn)為不正確的是(

)A.硅燃燒產(chǎn)物對環(huán)境產(chǎn)生的污染，容易得到有效控制B.從Si(s)+O2(g)SiO2(s)

ΔH=-858.6kJ·mol-1可知，硅燃燒放出的熱量較多C.自然界中硅的貯存量豐富，可以從自然界直接獲得單質(zhì)硅D.硅便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料之一【解析】選C。硅燃燒可以放出較多熱量，生成二氧化硅，二氧化硅不是氣體，其污染容易得到有效控制；硅為固體燃料，化學(xué)性質(zhì)不活潑，運(yùn)輸、貯存比較容易；硅在自然界中無單質(zhì)形式，只有化合物，C項(xiàng)錯誤。3.(2016·宜昌模擬)氯氣用途十分廣泛，可用于生產(chǎn)半導(dǎo)體材料硅，其生產(chǎn)的流程如下，下列說法不正確的是(

)A.①③是置換反應(yīng)，②是化合反應(yīng)B.高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強(qiáng)于硅C.流程的任一反應(yīng)中，每消耗或生成28g硅，均轉(zhuǎn)移4mol電子D.高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合可得高純硅【解析】選D。在高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合，則石英砂與焦炭反應(yīng)，氯氣與氫氣反應(yīng)，就不再按照題干的流程進(jìn)行反應(yīng)，也就不會得到高純硅。考點(diǎn)二硅酸鹽及無機(jī)非金屬材料【核心知識通關(guān)】1.硅酸鹽：(1)概念：由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，常用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成__________，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成_______________________。Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(3)硅酸鈉(Na2SiO3)。①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱_______，有黏性，水溶液顯___性。②與較強(qiáng)的酸反應(yīng)，如與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________；與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。水玻璃堿Na2SiO3+2HCl====2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO32.常見無機(jī)非金屬材料：(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料。水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土______________________黏土主要設(shè)備____________玻璃窯陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫純堿、石灰石和石英砂水泥回轉(zhuǎn)窯(2)玻璃的生產(chǎn)。Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高溫====CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑高溫====(3)特殊功能的含硅物質(zhì)。①碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。③硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質(zhì)。(4)新型無機(jī)非金屬材料。如高溫陶瓷、壓電陶瓷、生物陶瓷、光導(dǎo)纖維等。【特別提醒】(1)氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結(jié)構(gòu)，切不可認(rèn)為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。(2)玻璃中含有二氧化硅，因此氫氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(3)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶。【高考模擬精練】1.(2016·濟(jì)南模擬)下列有關(guān)硅及硅酸鹽材料的說法正確的是(

)A.硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B.反應(yīng)①Na2SiO3+H2O+CO2====Na2CO3+H2SiO3↓，反應(yīng)②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都能發(fā)生C.普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料D.祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2【解析】選D。A項(xiàng)，硅酸鈉本身是一種黏合劑，易造成磨口玻璃塞與瓶口黏結(jié)；B項(xiàng)，兩反應(yīng)條件不同，反應(yīng)①是在溶液中進(jìn)行，相對強(qiáng)的酸可以制相對弱的酸，而高溫條件下，CO2是氣體，逸出反應(yīng)體系，能促使反應(yīng)發(fā)生；C項(xiàng)，石英玻璃的成分為SiO2，SiO2是氧化物不是鹽。2.(2016·荊州模擬)青石棉是世界衛(wèi)生組織確認(rèn)的一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一。青石棉的化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO。下列說法中正確的是(

)A.青石棉是一種易燃品且易溶于水B.青石棉的化學(xué)組成用氧化物的形式可表示為

Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2OC.1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量的硝酸作用，至少需消耗6L3mol·L-1HNO3溶液D.1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量氫氟酸作用，至少需消耗5.5L2mol·L-1HF溶液【解析】選C。根據(jù)青石棉的組成可知，該物質(zhì)屬于硅酸鹽，不是一種易燃品且難溶于水，A不正確；根據(jù)氧原子守恒可知應(yīng)該是Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，B不正確；根據(jù)組成可知和硝酸作用生成2mol硝酸鈉、5mol硝酸鐵和1molNO，因此需要硝酸的物質(zhì)的量是18mol，選項(xiàng)C正確；和氫氟酸反應(yīng)生成SiF4、NaF，物質(zhì)的量分別是8mol和2mol，所以需要HF的物質(zhì)的量是34mol，D不正確。【加固訓(xùn)練】1.下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中不正確的是(

)A.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B.新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的許多缺點(diǎn)C.高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽【解析】選D。無機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無機(jī)非金屬材料是指一些新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新型無機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應(yīng)、具有生物功能等。2.(2016·咸陽模擬)X是一種新型無機(jī)非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關(guān)生產(chǎn)過程如下：為了確定C的組成，某同學(xué)進(jìn)行了以下的探究過程。已知F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可作光導(dǎo)纖維。按要求回答下列問題：(1)C