第42讲硅、无机非金属材料一、要点精讲1、硅及其重要化合物（1）硅元素的含量与存在在地壳里，硅的含量在所有元素中居第位，仅次于，全部以态形式存在，是构成矿物和岩石的主要元素。（2）硅晶体的构造与主要物理性质晶体，具有体的空间网状构造；色，有金属光泽；硬度，熔沸点，但都低于金刚石，是良好的半导体材料。（3）硅的化学性质在常温下化学性质稳定，只能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反响：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑(该反响的氧化剂是H2O，复原剂是Si)（4）高纯硅的制法高温工业上，用碳在高温下复原二氧化硅制得含有少量杂质的粗硅，反响的化学方程式为2C+SiO2（制粗硅）△△Si+2Cl2（提纯）△SiCl4+H2（复原）2、二氧化硅（1）硅晶体的构造与主要物理性质11/11\n晶体的构造:晶体二氧化硅是硅原子和氧原子以键形成的状的晶体，因此二氧化硅硬度，熔点，导电，溶于水。（2）二氧化硅的化学性质二氧化硅中的硅处于硅元素的最高价+4，反响中只能降低，得电子表现弱氧化性（与焦炭、镁等反响）和酸性氧化物的通性，它是H2SiO3和H4SiO4的酸酐，能与碱性氧化物反响，如：SiO2+CaO==CaSiO3；能与强碱反响，如：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O，所以盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，只能用橡皮塞；能与氢氟酸剧烈反响：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，故氢氟酸应保存在塑料瓶中。3、硅酸及硅酸盐的性质①原硅酸和硅酸均不溶于水，其酸性比碳酸弱（注意：不能用水和二氧化硅直接反响制H2SiO3）。原硅酸（H4SiO4）很不稳定，在空气中易失水生成硅酸，其反响式为：H4SiO4==H2SiO3+H2O。硅酸加热后会发生分解生成SiO2和H2O。②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，置于空气中会变持，其反响的化学方程式为：Na2SiO3+CO2+2H2O==H4SiO4↓+Na2CO3（酸性比碳酸弱）。4、硅和二氧化硅及硅酸的特殊性①硅的复原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中复原出硅。②非金属单质一般不与弱氧化性酸反响，而硅不但能与氢氟酸反响，而且还有氢气生成。11/11\n③非金属单质与强碱溶液反响一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反响生成氢气。④虽然二氧化硅是硅酸的酸酐，但却不能用它与水直接反响制备硅酸，而只能用可溶性的硅酸盐与酸作用来制备。⑤酸性氧化物一般不与酸反响（除氧化复原反响外），而二氧化硅却能与氢氟酸反响。⑥非金属氧化物一般是分子晶体，而二氧化硅却是原子晶体。⑦无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。5、硅酸盐工业（1）水泥原料：。生产设备：。主要成分：。水泥是一种混合物，它的水硬过程是一个复杂的过程。（2）玻璃原料：。生产设备：。反响原理：。主要成分：。（3）陶瓷主要原料：。主要生产过程：→→→→。主要设备：。主要性质：抗氧化，抗酸碱腐蚀，耐高温，绝缘，易成型等。6、无机非金属材料11/11\n（1）分类：①传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。②新型无机非金属材料：半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。（2）新型无机非金属材料的特性①耐高温、强度高；②具有电学特性；③具有光学特性；④具有生物功能。（3）重要的新型无机非金属材料：①高温构造陶瓷（有氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。、氮化硅陶瓷：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。、碳化硼陶瓷具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等）；高温构造陶瓷的优点：能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。②光导纤维（光纤） 光导纤维的特点：传导光的能力非常强，抗干扰性能好，不发生电辐射等。光导纤维的应用：通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。 二、典例解析【例1】以下说法正确的选项是A．二氧化硅溶于水显酸性B．二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C．因为高温时SiO2与Na2CO3反响放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸11/11\n【例2】随着科技的飞速开展，出现了许多新型无机非金属材料，如植入生物体内的生物陶瓷材料HAP[化学式为Cam(PO4)n(OH)2]，已被医疗上用于修补人的骨和牙组织。HAP的化学式中m等于A．B．C．D．n+1【例3】据报导我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。以下相关表达不正确的选项是 A．它耐高温抗氧化B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料三、当堂反响1．过量的泥沙、纯碱和生石灰共熔后可生成①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品A.①和④B.②和⑤C.③D.②2．以下各项表达的解释原因相同的是①NaOH溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶保存；②Na2SiO3溶液要密封保存；③酸式滴定管不能装NaOH溶液；④氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中。A．①②B．①③C．①④D．②③3．（2022年全国理综，6）以下说法正确的选项是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直接吸收空气中的氮气D．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的4．化学反响可视为旧键断裂和新键形成的过程，化学键的键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。现提供以下化学键的键能（KJ·mol-1）Si—11/11\nO：460、Si—Si：175、O=O：498，那么反响：Si+O2＝SiO2的反响热△H为A.－992KJ·mol-1B.－247KJ·mol-1C.－236KJ·mol-1D.+236KJ·mol-15．根据以以下图中所表示的变化关系，写出各物质的化学式.A是，B是，C是，D是，E是.第42讲硅、无机非金属材料1．在搪瓷和陶瓷器具外表的釉质中含有极微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金属盐类，为防止中毒，不能长期盛放以下物质的是A．食作植物油B．酱油C．食醋D．酒2．利用光导纤维能够传递光的性质，可以把光信号传到远方，构成光的“有线通信”系统，这就是光纤通信。以下关于制光导纤维的原料及传递光信号的物理原理均正确的选项是A．CaCO3，光的折射B．SiO2，光的全反响射C．CaO，光的干预D．Na2CO3，光的衍射3．生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2，检验它是否存在这两种杂质的最好试剂是高温A．水B．盐酸C．硫酸D．烧碱溶液4．工业上制造金刚砂（SiC）的化学方程式为：SiO2+3CSiC+2CO↑。在这个氧化复原反响中，氧化剂与复原剂的物质的量之比是A．1:2B．2:1C．1:1D．3:511/11\n5．为了延长食品的保质期，防止食品受潮及富脂食品氧化变质，在包装袋中应该放入的化学物质是A．硅胶、硫酸亚铁B．食盐、硫酸亚铁C．生石灰、食盐D．无水硫酸铜、蔗糖6．现有以下五个转化，其中不可能通过一步反响实现的是①SiO2→Na2SiO3②CuSO4→CuCl2③SiO2→H2SiO3④CuO→Cu(OH)2⑤Ca3(PO4)2→Ca(H2PO4)2A．①②B．③④C．②③④D．②③④⑤7．以下过程中，不发生化学变化的是A．石墨变成金刚石B．原硅酸变成硅酸C．干冰变成二氧化碳气体D．用石英坩埚熔化烧碱8．和空气接触可发生非氧化复原反响的物质组合是①石灰水；②SnCl2溶液；③水玻璃；④Na2S溶液；⑤固体火碱；⑥Na2O2A．①③⑤B．②④⑥C．①⑤⑥D．①③⑤⑥9．向以下溶液中滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸，沉淀溶解的是A．Na2SiO3B．BaCl2C．FeCl3D．NaAlO210．工业上由粗硅制取纯硅有以下反响：300℃①Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)；△H=-381kJ/mol950℃②SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)，对上述反响的说法中正确的选项是A．均为置换反响和氧化复原反响B．反响①、②实际上互为可逆反响11/11\nC．由于反响①放热，那么反响②一定吸热D．提高SiHCl3产率，应采用加压和升温的方法11．新型无机非金属材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C）、氮化硅（Si3N4）等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进展，在合成工艺中必须注意A．通入充足的氧气B．防止与氧气接触C．可在氮的气氛中合成D．通入少量氧气12．（1）将以下硅酸盐改写成氧化物的形式（改写时注意金属氧化物在前，非金属氧化物在后，低价在前，高价在后，H2O一般写在最后）。①镁橄榄石（Mg2SiO4）____________；②高岭石[Al2Si2O5(OH)4]_____________。（2）许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写成氧化物形式，请继续改写以下物质：HNO3___________；HCOOH__________。通过以上改写可知，HNO3的酸酐为______，HCOOH与浓H2SO4反响可制_________气体。（3）已知在一定条件下，铁在氯气中燃烧可以生成Fe3Cl8，它可以看作是________（化学式）。生成该物质的条件可能是_______________________。13．把河沙（主要成分是SiO2）跟镁粉按一定质量比（质量比约大于15:2411/11\n）混合均匀，装入试管中加热约1分钟后发生剧烈反响，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。（1）写出河沙与镁粉在加热条件下的发生反响的化学方程式_________________________，该反响是__________反响（填“放热”或“吸热”）。（2）生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是（填化学式）____________。（3）写出产生爆炸声时发生反响的化学方程式________________________。14．如以以下图所示的物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。据图填写：（1）B的化学式是_________，目前B已被用作___________的主要原料。（2）B和a溶液反响的离子方程式是_____________________________。（3）A和a溶液反响的化学方程式是_____________________________。（4）C和过量盐酸反响的离子方程式是____________________________。BADDCFa溶液a溶液△过量盐酸15．此题中所有的气体体积均指标准状况下的体积。A、B为两种单质，常温下均是固体。在元素周期表中，A、B两元素同周期且原子半径A>B。分别取三份质量为1.52g的A、B的混合物（粉末）进展如下实验：11/11\nⅠ．向第一份试样中参加过量的盐酸，充分反响后放出0.896L气体，还余0.56g残渣；Ⅱ．向第二份试样中参加过量的10%的NaOH溶液，充分反响后放出0.896L气体，还余0.96g残渣；Ⅲ．将第三份试样隔绝空气加强热后，恰好生成一种固体，冷却后再参加足量的盐酸，该固体全部溶解，产生xL气体。（1）单质A是_________。（2）混合物中的B的质量分数为__________。（3）写出实验Ⅲ中有关反响的化学方程式并计算x的值。第42讲典例解析【例1】SiO2不溶于水也不与水反响，A项错误；C项中反响进展的原因是因为SiO2沸点高，利用不挥发性酸酐能把挥发性酸酐从它的盐中制取。而比较硅酸与碳酸的酸性强弱应看它们在溶液中发生的复分解反响的规律：较强酸制取弱酸，事实是：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3，那么B项正确，C项错误；一般情况下，酸性氧化物不与酸反响，但也有特殊的，例：SiO2能与氢氟酸反响，那么D项错误。应选B。【例2】据化合价代数和为零可得：2m-3n-2=0，从而求出m。此题答案选A。【例3】B当堂反响：1．B2．B3．D4．A5．Si、Na2SiO3、H4SiO4、H2SiO3、SiO2课后练习：1．C2．B3．B4．A5．A6．B7．C8．A9．D10．AC11/11\n11．BC12．（1）①2MgO·SiO2②Al2O3·2SiO2·2H2O(2)N2O5·H2OCO·H2ON2O5CO(3)FeCl2·2FeCl3氯气的量缺乏（或铁过量）△13．（1）SiO2+4Mg2MgO+Mg2Si放热（2）SiH4（3）SiH4+2O2=SiO2+2H2O14．（1）SiO2光导纤维（2）SiO2+2OH-=SiO32-+H2O（3）Si+2Na2SiO3+H2O=Na2SiO3+2H2↑（4）SiO32-+2H+=H2SiO3↓15．（1）Mg（2）36.8%△（3）2Mg+SiMg2SiMg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑x=0.44811/11
