非金屬及其化合物第四章第一節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角——硅2017版課程標(biāo)準(zhǔn)素養(yǎng)目標(biāo)1.掌握碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從不同層次認(rèn)識(shí)碳、硅化合物的多樣性，并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類。能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問(wèn)題2.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，及其對(duì)環(huán)境的影響2.變化觀念與平衡思想：知道二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)需要一定的條件，并遵循一定規(guī)律3.了解常見(jiàn)無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途3.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：知道可以通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究碳、硅的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型。能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律欄目導(dǎo)航01必備知識(shí)關(guān)鍵能力03真題體驗(yàn)領(lǐng)悟高考02研解素養(yǎng)悟法獵技04配套訓(xùn)練必備知識(shí)關(guān)鍵能力1碳、硅單質(zhì)及其氧化物【基礎(chǔ)整合】1．碳和硅的結(jié)構(gòu)、存在與用途(1)碳、硅的原子結(jié)構(gòu)與存在。元素碳硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)金剛石：__________結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的結(jié)構(gòu)元素在自然界中的存在形式既有游離態(tài)又有化合態(tài)只有______態(tài)空間網(wǎng)狀化合(2)碳、硅的物理性質(zhì)和用途。物質(zhì)石墨金剛石晶體硅外觀黑色鱗片狀固體無(wú)色晶體有金屬光澤的灰黑色固體硬度很小自然界中硬度______硬度大導(dǎo)電性導(dǎo)體不能導(dǎo)電________用途用作電極、鉛筆芯制作首飾等制作信息技術(shù)材料，它是半導(dǎo)體晶體管、硅芯片及太陽(yáng)能電池等的主要成分最大半導(dǎo)體2．碳和硅的化學(xué)性質(zhì)——還原性完成上面①～⑧的化學(xué)方程式：①______________________________________；②______________________________________；③______________________________________；④______________________________________；⑤______________________________________；⑥______________________________________；⑦_(dá)_________________________________________；⑧__________________________________________。Si＋2F2===SiF4(或Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑)

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

3．二氧化碳和二氧化硅的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳主要物理性質(zhì)硬度____，熔、沸點(diǎn)____，常溫下為_(kāi)___體，不溶于水熔、沸點(diǎn)____，常溫下為氣體，能溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)______________________________與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：________________________不反應(yīng)與堿(如NaOH)反應(yīng)______________________________(盛堿液的試劑瓶用_______________塞)CO2少量：____________________________________；CO2過(guò)量：____________________大高固低SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O

橡膠或軟木

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3

物質(zhì)二氧化硅二氧化碳化學(xué)性質(zhì)與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：__________________________如與Na2SiO3反應(yīng)：________________________________________(或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2NaHCO3)與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：______________________如與Na2O反應(yīng)：__________________________用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽Na2SiO3＋

H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3

Na2O＋CO2===Na2CO3

4．金剛石、硅和二氧化硅的結(jié)構(gòu)比較網(wǎng)狀4

2

1∶2

5．硅及其氧化物的特性①CO2與水反應(yīng)生成H2CO3，但SiO2不溶于水，不能用SiO2與水反應(yīng)制備硅酸；②雖然SiO2既能與酸(HF)反應(yīng)，又能與堿(NaOH)反應(yīng)，但SiO2不是兩性氧化物。

判斷正誤(正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”)。(1)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體(

)(2)硅在自然界中只能以化合態(tài)形式存在(

)(3)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)(

)(4)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料(

)(5)硅、二氧化硅都可用于制造光導(dǎo)纖維(

)(6)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)(

)(7)常溫下，SiO2既能與KOH溶液反應(yīng)又能與稀鹽酸反應(yīng)(

)【答案】(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×

(6)√

(7)×【重難突破】A．碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素B．光合作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程C．化石燃料的大量燃燒是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的原因之一D．石油的年產(chǎn)量是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志【答案】D2．一氧化碳是常見(jiàn)的化學(xué)物質(zhì)，有關(guān)其性質(zhì)和應(yīng)用的研究如下。(1)有同學(xué)認(rèn)為CO可以被酸性高錳酸鉀溶液氧化為CO2，請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該同學(xué)的猜想是否正確。請(qǐng)?jiān)谙铝辛鞒虉D方框內(nèi)填上所需藥品的名稱或化學(xué)式，從而補(bǔ)齊你的設(shè)計(jì)，方框不夠可以補(bǔ)，也可以不填滿。①下列說(shuō)法正確的是________。A．利用上述反應(yīng)原理可制備高純鐵B．制備Fe(CO)5應(yīng)在隔絕空氣的條件下進(jìn)行C．Fe(CO)5是離子晶體D．Fe(CO)5應(yīng)密封、陰涼、避光并加少量蒸餾水液封貯存②五羰基合鐵能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成Na2Fe(CO)4和另兩種常見(jiàn)無(wú)機(jī)物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________。【解析】(1)大理石與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳，通過(guò)飽和碳酸氫鈉除去二氧化碳中揮發(fā)出來(lái)的氯化氫，然后通過(guò)濃硫酸干燥二氧化碳，再通過(guò)紅熱的木炭生成一氧化碳，用氫氧化鈉溶液除去未反應(yīng)的二氧化碳，通入酸性的高錳酸鉀，如果一氧化碳能被高錳酸鉀氧化成二氧化碳，則產(chǎn)生的氣體能夠使澄清的石灰石變渾濁。(2)①利用五羰基合鐵生成和分解，可制得高純細(xì)鐵粉，A正確；五羰基合鐵容易發(fā)生自燃，隔絕空氣可以使五羰基合鐵與氧氣隔離，避免發(fā)生自燃，B正確；五羰基合鐵熔沸點(diǎn)較低，屬于分子晶體，C錯(cuò)誤；五羰基合鐵不溶于水，密度1.46～1.52g/cm3，有毒，光照時(shí)生成Fe2(CO)9，D正確。②依據(jù)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中原子個(gè)數(shù)守恒可知五羰基合鐵能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成Na2Fe(CO)4和碳酸鈉和水。【答案】B【答案】B【答案】C【解析】二氧化硅難溶于水，但二氧化硅可以與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水，故二氧化硅是硅酸的酸酐，A錯(cuò)誤；該反應(yīng)中C能置換出硅是因?yàn)樯蒀O氣體逸出，促進(jìn)了反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行，不能通過(guò)該反應(yīng)比較C、Si的非金屬性，B錯(cuò)誤；碳酸酸性強(qiáng)于硅酸，由CO2通入Na2SiO3溶液產(chǎn)生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，C正確；兩性氧化物是指和酸、堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，二氧化硅和氫氟酸反應(yīng)是其特殊性質(zhì)，不能和其他酸發(fā)生反應(yīng)，二氧化硅和堿溶液反應(yīng)生成鹽和水，是酸性氧化物，D錯(cuò)誤。5．下列關(guān)于SiO2和CO2的敘述不正確的是(

)A．都是共價(jià)化合物B．SiO2可用于制光導(dǎo)纖維，干冰可用于人工降雨C．都能溶于水且與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸D．都是酸性氧化物，都能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)【答案】C【解析】SiO2和CO2中都只含有共價(jià)鍵，均為共價(jià)化合物，A正確；干冰升華吸熱，可用于人工降雨，B正確；SiO2不溶于水且與水不反應(yīng)，C錯(cuò)誤；SiO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，CO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成碳酸鹽或碳酸氫鹽，D正確。6．(1)下列物質(zhì)能與單質(zhì)硅起化學(xué)反應(yīng)的是________。①濃HNO3②水③濃H2SO4④氫氟酸⑤NaOH溶液⑥氟氣⑦氯氣(2)下列事實(shí)能說(shuō)明非金屬性：C＞Si的是________。①硬度：金剛石＞晶體硅②熔沸點(diǎn)：SiO2＞CO2③酸性：H2CO3＞H2SiO3④穩(wěn)定性：CH4＞SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中產(chǎn)生白色沉淀⑥高溫下，SiO2與Na2CO3反應(yīng)⑦相同條件下，堿性：Na2SiO3溶液＞Na2CO3溶液【答案】(1)④⑤⑥⑦

(2)③④⑤⑦【答案】AD8．(2019·河北唐山模擬)晶體硅是信息科學(xué)和能源科學(xué)中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽(yáng)能電池等。以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)在上述生產(chǎn)過(guò)程中，屬于置換反應(yīng)的有________(填反應(yīng)代號(hào))。(2)寫(xiě)出反應(yīng)③的化學(xué)方程式：__________________________________。(3)化合物W的用途很廣，通常可用作建筑工業(yè)和造紙工業(yè)的黏合劑，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1373～1623K反應(yīng)，生成化合物W，其化學(xué)方程式是______________________________。(4)A、B、C三種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標(biāo)的一種氣體是________________。(填化學(xué)式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是________(填化學(xué)式)。(5)工業(yè)上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣，再提純水煤氣得到純凈的H2，提純水煤氣得到純凈的H2的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________。(2)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在探究硅的制取方法時(shí)，從資料中查閱到下列信息：Ⅰ.Mg在高溫條件下可與SiO2反應(yīng)；Ⅱ.金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽和SiH4；Ⅲ.SiH4在空氣中自燃。他們根據(jù)信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)獲得的固體產(chǎn)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花；然后過(guò)濾、洗滌、干燥；最后稱量、計(jì)算，測(cè)得其產(chǎn)率只有預(yù)期值的63%左右。①第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________。②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步實(shí)驗(yàn)獲得固體產(chǎn)物時(shí)，產(chǎn)生爆鳴聲和火花的原因是______________________________________________。硅酸、硅酸鹽及無(wú)機(jī)非金屬材料【基礎(chǔ)整合】1．硅酸2．硅酸鹽(1)概念：________________________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，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)可寫(xiě)成__________________，石棉(CaMg3Si4O12)可表示為_(kāi)____________________。由硅、氧和金屬元素組成

Na2O·SiO2

CaO·3MgO·4SiO2

(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，水溶液顯堿性。②它能與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)(寫(xiě)化學(xué)方程式)：與鹽酸反應(yīng)：______________________________________。與CO2水溶液反應(yīng)：___________________________________________。③用途：常用于制作黏合劑、防腐劑和耐火材料。水玻璃Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓

Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓

3．常見(jiàn)無(wú)機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。①常見(jiàn)硅酸鹽材料(如下表)。硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土______、________、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔窯陶瓷窯純堿石灰石②玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：______________________________________；______________________________________。(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料。①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性和電絕緣性等。②生物陶瓷：對(duì)機(jī)體無(wú)排斥反應(yīng)，不會(huì)引起代謝作用異常。③壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)。判斷正誤(正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”)。(1)玻璃是一種晶體，有較高的熔點(diǎn)(

)(2)水玻璃是一種玻璃，泡花堿屬于堿(

)(3)向硅酸鈉溶液中通入適量CO2，出現(xiàn)白色沉淀，證明碳元素的非金屬性強(qiáng)于硅元素(

)(4)硅酸鈉溶液應(yīng)保存在帶玻璃塞的試劑瓶中(

)(5)合成纖維和光導(dǎo)纖維、氮化硅陶瓷都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料(

)(6)Si→SiO2→H2SiO3均能一步轉(zhuǎn)化(

)(7)NaAlSi3O8寫(xiě)成氧化物的形式是Na2O·Al2O3·6SiO2(

)(8)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑(

)【答案】(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)√

(8)√【重難突破】【答案】D【解析】硅酸鈉溶液呈堿性且具有黏合性，會(huì)將瓶口和瓶塞粘在一起，故Na2SiO3溶液不能保存在磨口玻璃塞試劑瓶中，A錯(cuò)誤；反應(yīng)②是在高溫下進(jìn)行的反應(yīng)，CO2為氣體，氣體逸出可使平衡正向移動(dòng)，促使反應(yīng)能夠發(fā)生，B錯(cuò)誤；石英玻璃不屬于硅酸鹽材料，C錯(cuò)誤。2．月球的礦產(chǎn)資源極為豐富，僅月球表層5cm厚的沙土就含鐵單質(zhì)上億噸，月球上的主要礦物有輝石CaMgSi2O6、斜長(zhǎng)石KAlSi3O8和橄欖石(Mg或Fe)2SiO4等。下列說(shuō)法或分析不正確的是(

)A．輝石、斜長(zhǎng)石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦B．斜長(zhǎng)石的氧化物形式可表示為K2O·Al2O3·3SiO2C．月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因?yàn)樵虑虻谋砻鎺缀鯖](méi)有氧氣D．橄欖石中鐵為＋2價(jià)【答案】B【解析】輝石[CaMgSi2O6]、斜長(zhǎng)石[KAlSi3O8]和橄欖石[(Mg或Fe)2SiO4]的成分均屬于硅酸鹽類，均屬于硅酸鹽礦，A正確；硅酸鹽用氧化物表示的方法：先寫(xiě)活潑金屬氧化物，然后是不活潑的金屬氧化物，再是非金屬氧化物二氧化硅，最后是水，所以斜長(zhǎng)石用氧化物形式可表示為K2O·Al2O3·6SiO2，B錯(cuò)誤；月球上有游離態(tài)鐵是因?yàn)樵虑颦h(huán)境中沒(méi)有氧化金屬鐵的物質(zhì)或者條件，所以月球的表面幾乎沒(méi)有氧氣，C正確；橄欖石中，硅元素化合價(jià)是＋4價(jià)，氧元素化合價(jià)是－2價(jià)，所以鐵元素化合價(jià)是＋2價(jià)，D正確。硅單質(zhì)及其化合物常見(jiàn)易錯(cuò)點(diǎn)(1)用作半導(dǎo)體材料及計(jì)算機(jī)芯片的成分的是晶體硅而不是SiO2，用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2而不是晶體硅。(2)水晶、石英、瑪瑙、硅