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1、第四章DI SI ZHANG非金属及其化合物FEI JIN SHU JI QI HUA HE WU课 时1 碳、硅及其化合物最新考纲1.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。考 点 深度突破 互动探究题组突破考 点 一 碳、硅单质的性质环节I I知识梳理思维激活1.碳、硅的存在形态(1)碳在自然界既有游离态又有化合态。碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、Cm等。(2)硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氢，全部以化合态存在,是一种亲氢元素，单质硅有晶体和无定形两种。2.碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较碳硅结构金
2、刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池3.碳、硅单质的化学性质（r 占懒一.02（足量）：c+o c o?与2反应 占燃1。2（不足）：2C+O 22C OcACuO：2CuO+C=2Cu+CO2 t（冶炼金属）与氧化N 声汨（1）碳（物反应j SiO2：SiO 2+2C S i+2co t（制取粗硅）IH2O：C+H2O（g）量 选 CO+H2（制取水煤气）与强氧化 浓H2s。4：
3、C+2H,S0&（浓）兽=8 +2S02 t+2H?0V性酸反叫浓HNO3：c+4HNO3（浓）=C 02 t+4NO2 t+2H2O不能被浓硫酸、浓硝酸等 I硅I一强氧化剂氧化常 温 已 与F2、氢氟酸、强碱溶液反应加 热 或 高 温C、球-与。2、等反应与 F2 反应：Si+2F7=SiF40与氢氟酸反应：Si+4HF=iF&t+2H2 1。与NaOH溶液反应：Si+2NaOH+H2O=N a2SiO3+2H2 t 与 O2 反应：Si+O 2=SiO 2。与 Cb 反应：S i+2 cb 3=S iC 士4.硅的工业制法|蟀卜二氧化硅和焦炭|制1备 SiOz+ZC SB si+2C 0t
4、工警亡双亲*SiCl1+2H,HaSi+4HCl探究思考1.用短线把碳的同素异形体与其物理性质和用途连接起来 金刚石卜:a.质软、能导电。可制电极）石墨/作吸附剂、脱色剂 r ,为c.熔点高、硬度大。制饰品I颤”人/和切削工具d.具有特殊结构。可能成为新型催化剂或催化剂载体2.判断正误（1）碳的几种单质性质不同的原因主要是由于其结构不同。（）（2严C、储（2、14c是碳的三种同素异形体。（）（3）硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体（）（4）硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料（）硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应（）（6）加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等
5、非金属反应（）答 案（1）J（2）X（3）V （4）V （5）X（6）V环 节 图 真 题 示 例 明 确 考 向【示例1】下列说法不正确的是（）。A.高温下用焦炭还原SiCh制取粗硅（2013广东，11C）B.单晶硅是将太阳能转变为电能的常用材料（2012新课标，8B）C.单质硅常用作半导体材料和光导纤维（2011山东理综，10B）D.硅是构成一些岩石和矿物的基本元素（2009广东理基，22）思维启迪硅是现在应用最为广泛的半导体材料,而光导纤维的主要成分为SiO?,光导纤维不导电（填“导电”或“不导电”）。解析光导纤维的主要成分为二氧化硅而不是硅单质。答 案 c【示例2】（2012重庆理综，
6、26节选）金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。（1）碳与短周期元素Q 的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合 物 R 为非极性分子。碳 元 素 在 周 期 表 中 的 位 置 是，Q 是-R 的电子式为 o（2）一定条件下，N a还原CCL可制备金刚石。反应结束冷却至室温后，回收其 中 的 CCL的 实 验 操 作 名 称 为,除去粗产品中少量钠的试剂为（3）碳还原SiO2制 S iC,其粗产品中杂质为Si和 Si02o 现将20.0 g SiC粗产品加入到过量的NaOH溶液中充分反应，收集到0.1 mol氢气，过滤得SiC固体11.4 g,滤液稀释到1 L。生成氢
7、气的离子方程式为,硅酸盐的物质的量浓度为 O解 析(1)C(碳)的两种常见气态化合物为CO、C O2,其中C O 2为非极性分子,所以Q为。，R为C O2。根据Na能与氏0(或C H 3 c H 2 OH)反应，而金刚石性质稳定的特点，可用比0(或C H 3 c H 2 OH)除去金刚石中含有的N a。(3)S i与Na O H溶液反应的离子方程式为S i +2 OH +H2O=SiO32+2 H2 t o2 0.0 g 粗产品中，含有 1 1.4 g S i C,根据 S i 2 H 2,可得加5)=0.0 5 1 1 1 0 1乂2 8 m o K1=1.4 g,m(S i O2)=2 0
8、.0 g -1 1.4 g -1.4 g =7.2 g,n(S i O2)=0.1 2 m o l,根据 S i 原子守恒，可得”(N a z S i C h)=0.1 7 m o l,&c(N a2S i O3)=7 J1 1 0=0.1 71 Lm o l-L-1O答案 第二周期第I V A族0(氧)：C：6：过 滤 水(或乙醇)(3)S i+2 O H-+H2O=S i O32 _+2 H2 t 0.1 7 m o l-L-1环节RJ题组训练能力提升1 .(2 0 1 3榆林模拟)科学家在不断深入的研究中，发现了一系列新的碳单质，对碳单质的研究已发展成一门独立的科学碳科学。下列关于碳单质
9、的叙述正确的是()oA.碳的各种单质互称为碳的同素异形体B.碳元素的各种单质结构虽然不同，但性质差别不大C.碳元素的单质性质不同，其用途相同D.碳元素的单质只有金刚石、石墨和C 6 0解 析 碳元素的单质结构不同，物理性质差别较大，B错误；碳元素单质性质不同，用途也不相同，C错误；常见的碳元素单质有金刚石、石墨和C 6 0,但同时还存在其他单质，D错误。答 案A2 .硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认 为 不 正 确 的 是()oA.硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B.从 Si(s)+O2(g)=&=SiC)2(s)”=一858.6 kJ-mori
10、可知，硅燃烧放出的热量多C.自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解 析 硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是固体，其污染容易得到有效控制；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易且又安全；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，所 以C是错误的。答 案C3.2009浙江理综，28(1)(2)(3)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450 500),四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。接气理置
11、连尾处装相关信息如下：a.四氯化硅遇水极易水解；b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;c.有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BC13A1C13FeCbPC15沸点/57.712.8315熔点/-70.0-107.2一一一升华温度/一一180300162请回答下列问题：写出装置A中发生反应的离子方程式:(2)装置A中g管的作用是；装置C中的试剂是；装置E中的h瓶需要冷却的理由是 o(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精储(类似多次蒸储)得到高纯度四氯化硅，精储后的残留物中，除 铁 元 素 外 可 能 还 含 有 的 杂 质 元 素 是(填写元素符号)。解析 依据题
12、中信息可知A为Cb的发生装置，B、C为C b净化装置，D中发生反应2 c b +S i=S iC L，生成S iC L用E收集，B中为饱和食盐水将氯化氢气体除去，C中应为浓H2 s。4除水，由表中数据可知S iC L沸点较低，用冷却液冷却可得到液态S iC l4o答案 M n C)2+4 H+2 c=M n 2+C 1 2 t +2 H2O平衡气压 浓H2 s。4 S iC L沸点较低，用冷却液冷却可得到液态S iC L(3)A 1、B、P.碳、硅单质的特殊性1.一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2.一般情况下
13、，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3.S i的还原性大于C,但C在高温下能还原出S i:S iO2+2 c堇 遑S i+2 C 0 t .4.非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：S i+2 Na O H+H2O=N a2S iO3+2 H2t。5 .非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟H F作用：S i+4 H F=S i F4t+2 H2 t 6 .一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H20 中的氢：C +H2O(g)H2+C O。考 点 二 碳、硅的氧化物环节I I知识
14、梳理思维激活1.一氧化碳物理性质：无色气体，直毒，难溶于水。（2）化学性质燃烧：2co+0 2 2 8?,淡蓝色火焰;还原CuO：CuO+COCu+CO2（冶炼金属）。2.二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构,不存在单个分子存在单个C02分子主要物理性质硬度大，熔、沸点宣，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2+H2O H2c与酸反应只与氢氟酸反应：S Q+4H F-SiF t+2H20不反应与碱反应SiO2+2NaOH-NazSiOs士HzQ（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）C02 少 量：C O 2N aO H-Na2cO3
15、+H2O、C02 过 量：C02+N aO H=NaHCO?与盐反应如与 Na2c。3 反应：Si。?+Na2cos 西 通 Na2SiC）3+c o j.如与 Na2SiO3 反应:Na2与 O+H?。+C02（不 足）=H?SiO3 1 +Na2cOs 或 Na2SiO3+2H2O+2CO2（足 量）=H2SQ3 I+2NaHCO3与碱性氧化如 与 C aO 反应：SiO2+如与 Na20 反应：Na2O+CO2=探究思考物反应C aO C aS QNa2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐1.判断正误(1)CC)2不支持燃烧是相对的。()(2)C0和CO?是碳的两种氧化
16、物，二者均是温室气体。()(3)酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应。()(4)工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2+C堇 造Si+C02 t o()(5)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，不能用瓷用烟来加热烧碱或纯碱使其熔化。()答 案(1)V(2)X(3)X(4)X(5)V2.指出下列反应中SiCh所表现的化学性质或作用，在A E选项中选择正确答案填入括号内。(l)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H20()(2)SiO2+Na2CO3=S=Na2SiO3+C02 t()(3)SiO2+2 C S i+2C0 t()(4)SiO2+3c=B=SiC+2C0 t()
17、(5)SiO2+4HF=SiF4 t+2H2O()A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B.氧化性C.酸性氧化物的通性D.将挥发性的酸肝从其盐中置换出来E.未参加氧化还原反应答 案(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A环 节 日 真 题 示 例 明 确 考 向【示例3】下列说法正确的是（）。A.二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸（20 1 3江苏，4 B）B.甲 一 乙 由 丙 若 甲 为 焦 炭 则 丁 可 能 是0 2（20 1 3江苏，6 A）C.S iC h有导电性，所以SQ可用于制备光导纤维（20 1 2广东理综，1 2B）D.S iC h与酸、碱均不反应（20 1 2天
18、津理综，2B）解析 由于S iO 2能与氢氟酸反应，所以不能用石英器皿盛放氢氟酸，A错误；S iC h不导电，C错误；S iC h是酸性氧化物能与碱反应，也能与氢氟酸反应，D错误。答 案B【示例4】（20 1 0福建理综，9）下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是（）。错误！解析 A项，N a H C C h无法一步到Na,错；B项，C u（O H）2无法一步到C u,错；C项，C与。2不完全燃烧得C O,CO与。2反应得C O 2,C O 2与Mg反应可得C,正确；D项，S iC h无法一步得H 2S iC）3，H 2S iC）3也无法一步得S i,错。答 案C环节R题组训练能力提
19、升1.（20 1 3镇江模拟）下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是（）o矗 咽I ,画 嘉 画|c.n I N a O H I-:一 I H C 1 ,硅胶lS12l-H N a2SiO3|-1 .2$103|（zSiO2.H2O）-3 _ jNa2SiO3|H20高温-d co；I-A.S iC h属于两性氧化物B.非金属性：S i CC.硅胶吸水后可重复再生D.图中所示转化反应都是氧化还原反应解 析 SiO2是酸性氧化物；非金属性：O S i;图中有的转化反应不是氧化还原反应，如 Si02与NaOH溶液的反应。答 案 C2.（2013,重庆八中月考）向含有0.2 mo
20、l NaOH和 0.1 mol Ba（OH）2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L（0,1.01 X 105 Pa）时立即停止,则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是（气体的溶解和离子的水解忽略不计）（）o解 析 本题涉及的化学反应方程式如下:Ba(OH)2+CO2=B aC O3 I+H2O 2NaOH+CO2=Na2cO3+H2O Na2c。3 +CO2+H2O=2NaHCO3 BaCO3+CO2+H2O=B a（HCO3）2 当未通入CC）2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2molNa*、0.1 mol Ba20.4 mol O
21、H;当通入2.24LCO2气体时，发生反应，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na*、0.2 mol O H;当通入4.48 LCO2时，发生反应，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na*、0.1 mol CO32-；当通入6.72 LCO2时，发生反应，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na*、0.2 mol HCO3；当通入8.96LCO2时，发生反应，此时溶液中离子的物质的量为0.2 molN a 0.1 mol Ba2 0.4 mol HCO3对比图像可知选项C 正确。答 案 C3.（2011海南，9 改编）“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO
22、2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO 2,其基本过程如下图所示（部分条件及物质未标出）。陶曷-I捕&-Ha应.离 一 阖温串应炉卜co2(t Cab ICO2含量低的气体下列有关该方法的叙述中正确的是()o能耗大是该方法的一大缺点整个过程中，只有一种物质可以循环利用“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤该方法可减少碳排放，捕捉到的C02还可用来制备甲醇等产品A.B.C.D.解 析 ，该方法中高温反应炉分离出C02,需要消耗较多能量；，整个过程中NaOH和CaO均可循环利用；，从捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCCh，加入CaO后生成CaCCh和N aOH,通
23、过过滤的方法即可分离；，捕捉到的C02可与H2反应制备甲醇：CO2+3H2一走变件CH3OH+H2O。答 案 D 方法技能“数轴法”定量判断C02与碱的反应产物C02通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液中的反应产物与C02气体的通入量有关,当C02通入少量时生成碳酸盐，当C02通入过量时生成碳酸氢盐；当C02的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意C02与碱之间量的关系。以C02与NaOH溶液反应为例：C02+2NaOH=Na2c。3+H20C02+NaOH=NaHCO3当n(OH):(CO?)的值不同时产物如下:八八N aHCO3N aHCO3NaT Na;CJ
24、N.COj aOH3-_ n(OH)CO2过量 1：12:1 N aOH过量 n(CO2)考点三 硅酸、硅酸盐、无机非金属材料环 节u知 识 梳 理 思 维 激 活1.硅 酸硅酸在溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填 能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解：出$1033=$102+比0。硅酸能与碱溶液反应，如 与NaOH溶液反应的化学方程式为HzSiO计2NaOH=Na2SiO3+2H2。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体，硅胶有很强的吸水能力，常用作干燥剂。2.硅酸盐(1)概念：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物
25、的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如 硅 酸 钠(NazSiCh)写 成 Na?O SiO2,钾 云 母(KH2Al3Si3O12)写 成K20 3A”C)3 6SiOz 2H20。(3)硅酸钠(NazSiCh)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃,有 黏 性，水溶液显碱性。它能与较强的酸反应，如与盐酸反应：Na?SiO吐2HCl-2NaCl+HzSiO_L；与 CO2 水溶液反应：Na2SiCh+CO2+H2O=HNiO3 I+Na2cCh。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3.无机非金属材料传统无机非金属材料三种硅酸盐工业生产的比较：水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土
26、纯碱、石灰石和石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2硅酸盐生产条件高温主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。(2)新型无机非金属材料高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。压电陶瓷：具有压电效应。探究思考1 .能否依据 N a 2 c。3 +S i O 2 N a 2 S i C)3 +C O 2 t 说明 H2S i O3 的酸性比 H2C O3强？答案 不能。强酸制弱酸的规律：强酸+弱酸盐
27、一强酸盐+弱酸，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干态下进行，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因，因C O 2 为气体，能及时离开反应体系,使化学反应得以向右进行。2 .判断下列说法是否正确(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。()(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。()(3)向一定浓度的N a z S i C h 溶液中通入适量C 02出现白色沉淀，证明H2S i O3的酸性比H 2 c。3 的酸性强。()(4)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料()(5)新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点()(6)高温结构材料具有耐高温、耐酸
28、碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点()(7)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐()答 案(1)X (2)X (3)X (4)V (5)V (6)V (7)X环 节 图 真 题 示 例 明 确 考 向【示例5】下列说法正确的是()。A.石英只能用于生产光导纤维(2 0 1 3 福建，6A)B.合成纤维与光导纤维都是新型无机非金属材料(2 0 1 2 新课标，8D)C.陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料（2009广东理基，22）D.水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品（2009广东理基，22）思维启迪 合成纤维属于有机物（填“有机物”“无机物”）；水晶的主要成分是SiO2o解
29、析 石英除用于生产光导纤维外，还可用于制备Si、玻璃等，A 错误；合成纤维属于有机物不属于无机非金属材料，B 错误；水晶的主要成分为SiO2不属于硅酸盐制品，D 错误。答 案 C环节国|题组训练能力提升1.下列说法正确的是（）oA.水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品B.二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强D.2Mg O SiCh中的酸根阴离子为SiO42-解 析 硅酸盐工业产品是用含硅物质为原料，经高温加热制成的产品，A 中水晶、玛瑙显然不是硅酸盐工业产品；B 项正确；C 中只能得出高温下硅酸钠比碳酸钠稳定的结论；
30、D 中酸根阴离子应为SiO4。答 案 B2.A、B、C、D、E 五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素（用 R 表示）的单质能与NaOH溶液反应生成盐（NazRCh）和氢气。焦炭、高温 r m NaOH溶液请回答下列问题：（1）写出各物质的化学式：A；B；C；DEo（2）写出反应的化学方程式：，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为。(3)写出反应的离子方程式：0(4)写出反应的离子方程式:_(5)H 2 c。3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：解析 解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R的单质能与N a O H溶液反应生成盐(N a 2 R O 3)和
31、氢气，说明是硅及其化合物之间的转化 突破口(2)”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、C a C O 3发生反应，则A为SQ。从而推知 B 为 C a S i O3,C 为 N a2S i O3,D 为 S i,E 为 H2S i O3.答 案(l)S i O2 C a S i O3 N a2S i O3 S i H2S i O3(2)S i O2+2C Si+2CO t 1 ：2 S i+2 O f T+H 2 O=S i O 3 2-+2 H 2 t(4)S i O32-+C a2+=C a S i O31(5)S i O32-+C O2+H2O=H2S i O 3 I +CO3
32、2-3.A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。(1)在元素周期表中，A位于 族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的 原 子 结 构 示 意 图 为,A与B原子在电子层结构上的相同点是O 易 与C发 生 化 学 反 应 的 酸 是(填 名 称)，反应的化学方程式是(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D,同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物Fo写出生成D和F的化学反应方程式:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
33、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _要将NaOH高温熔化，下列生期中不可选用的是 oA.普通玻璃珀蜗B.石英玻璃珀期C.氧化铝用烟 D.铁用烟答 案(1)WA 最外层均有4 个电子(2)氢氟酸 SiO2+4H F=SiF4 t+2H2OSiCh+Na2cO3堂 眼 NazSiCh+CCh t Na2SiO3+CO2+H2O=N a2CO3+H2SiO3 I ABC素养-优化提升 学科素养技能提升新型无机非金属材料题型探秘(教师用书独具)问 题 探 究 材料科学是近年来与化学有关的科学研究的热点，材料工业和新材料技术是现代经济支柱之一，也是近年
34、来高考的一个命题热点，有关新型无机非金属材料的题型主要有以下两种情况：当 场 指 导 一、信息挖掘型【例 1】氮化硅是一种高温陶瓷材料，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1 300 反应制得。(1)根据性质，推 测 氮 化 硅 陶 瓷 的 用 途 是(填 序 号)。A.制汽轮机叶片B.制有色玻璃C.制永久性模具D.制造柴油机(2)写出N、S i的原子结构示意图：,根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式 o(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷 被氢氟 酸腐蚀 的化学 方程式解 析(1)氮化硅是一种高温结构陶瓷，属于新型无机非
35、金属材料。将高温结构陶瓷的特性、用途等知识进行迁移，可知氮化硅硬度、强度高，耐磨、耐腐蚀，可以制汽轮机叶片、轴承，制造永久性模具等，选A、C、Do(+7)2 5 14)4(2)N原子结构示意图：，)、S i原子结构示意图：5),依据原子结构和元素周期律的知识，可以判断出氮元素的非金属性比硅强，故N 显-3 价,S i显+4 价，再根据化合物中各元素化合价代数和为零的原则，推出氮化硅的化学式为：Si3N4.(3)常温下，Si、Si。？能与HF反应的原因是生成的SiF4气体脱离了反应体系，促进了反应的进行，同理氮化硅陶瓷与氢氟酸反应也生成了 SiF4气体，故化学反应方程式为：Si3N4+12HF=
36、3SiF4 t+4NH3 t.答 案(l)ACD(2)V 3，)Si3N4(3)Si3N4+12HF=3SiF4 t+4NH3 t。二、性质对比型1.四种新型无机非金属材料的对比【例 2】有关高温结构陶瓷和光导纤维说法不正确的是()。A.高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料B.氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性，它能与氢氟酸反应C.光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维D.光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听解析 高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点，本身具有很多优点，如硬度、强度高，不怕氧化等，A 项错误。氮化硅陶瓷是重要的常见结构材料，有很
37、多优点，如抗腐蚀等，但能与氢氟酸反应，B 项正确。光导纤维具有良好的光学特性，是一种高质量传导光的玻璃纤维，具有抗干扰能力、不发生电辐射、能防窃听等性能，c、D项正确。答 案A【规律总结】四种新型无机非金属材料的对比类别高温结构陶瓷半导体陶瓷光学材料生物陶瓷主要特性硬度、强度高，能承受高温，不怕氧气、抗腐蚀具有电学特性具有光学特性具有生物功能典型示例氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷氧化锡陶瓷光导纤维氧化铝陶瓷主要用途汽轮机叶片、轴承，永久性模具等集成电路的半导体光缆通讯、医疗、照明等人造骨、人造关节等2.传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的对比【例3】传统无机非金属材料与新型无机非金属材
38、料的共同特性是（）oA.耐 高 温B.具有电学特性C.具 有 生 物 功 能D.质脆、经不起热冲击答 案A（规律总结 传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的对比规范-限时训练 _规范训练限时测评类别传统无机非金属材料新型无机非金属材料主要特性抗腐蚀、耐高温质脆、经不起热冲击高强度、硬度，耐高温具有电学特性具有光学特性具有生物功能（时间：45分钟 分值：100分）一、选择题（本 题 共10个小题，每 题6分，共60分，每个小题只有一个选项符合题意。）1.2013年我国 载 人 匕 船再次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流。飞船应用了许多尖端的合成材料。据报道我国科学家近年来研制出一种新型“
39、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的。下列相关叙述不正确的是（）oA.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解 析 航空材料具有质轻、高强度、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有一定的韧性，故 B 错，A 正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料，C、D 正确。答 案 B2.（2013广东四校联考）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（）0材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D
40、沙子、石英二氧化硅解析 A 项中金刚石是碳的一种单质。答 案 A3.下列叙述正确的是（）oA.高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸（H2SiO3）的酸性比碳酸强B.陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同D.玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳解析 二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na2cCh+SiCh堂 耋 Na2SiC3+CO2f,但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是因为CO2不断逸出，而促使了反应向右进行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2,会 与 氢氟酸反应；石 灰 抹 墙 的 硬 化 过 程 是 因 为 发 生 了 反
41、应 co2+Ca（OH）2-CaC03+比 0,而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。答 案 D4.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（）oA.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为S i 3 WB.碳化硅（S i C）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为S i C hD.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为1 :2解析 二氧化硅晶体中，一个硅原子可形成4个硅氧单键，故硅原子和硅氧单键的个数之比为1 ：4,故D错误。答 案 D5 .在浓硝酸水浓硫酸氢氟酸氢
42、氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是（）oA.B.C.D.解析 硅能与F 2、H F、强碱在常温下反应，在加热或高温条件下也能与C 3。2、氏 发生反应。答 案 C6 .（2 0 1 3 石家庄部分学校联考）下列说法正确的是（）。A.高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂（Si C h）制取硅的反应B.C O2 和钠在一定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠，反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比是3：4C.现代海战通过喷放液体Si C 1 4（极易水解）和液氨可产生烟幕，其主要成分是N H4C 1D.从燃煤烟道灰中（含 G e O2）提取半导体材料单质错（G e）,没有发生氧化还原反应解 析 玻璃的主
43、要成分是Si O2,高温下与C（碳）反应，A错误；反应中C O2作氧化剂，N a 作还原剂，根据化合价升降值相等的原则，作为氧化剂的C O2与作为还原剂的N a 的物质的量之比为1 ：4,B 错误；Si C L 水解生成H C 1 和硅酸，HC1与液氨反应生成NH4C1,C 正确；由化合态到游离态，一定发生氧化还原反应，D 错误。答 案 C7.（2013陕西质检）下列关于SiCh和 C02的叙述中不正确的是（）0A.都是共价化合物B.SiCh可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸D.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应解 析 SiO2和 CO2中都只含有共价键，
44、均为共价化合物，A 项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B 项正确；SiCh不能与水反应，C 项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CC）2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。答 案 c8.（2013福州质检）寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为A I2O 3 YSiCh田2。,下列观点不正确的是（）oA.寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触B.寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物C.潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质D.置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质解析 根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A 对；寿山石中含有不同形态的A12O3,造成其
45、色彩丰富，B 对；其中的氧化物A12O3和 SiO2不溶于水也不和水反应，不会溶解变质，C 错；久置于干燥空气中，会造成其中的结晶水失去而变质，D 对。答 案 C9.将足量CO2通入KOH和 Ca（OH）2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（）和通入CO2体积（V）的关系正确的是（）o解析 CC2与KOH和Ca(0H)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2c。3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCCh，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCCh生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断
46、，即如果先与CaCCh反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此应是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCCh反应，直至沉淀完全溶解，故选D。答 案D1 0.用如图装置来分离CO2和CO混合气体并干燥，图中a、c、d为止水夹，b为分液漏斗活塞，通过Y形管和止水夹分别接两个球胆，现装置内空气已排尽，为使实验成功，甲、乙、丙分别盛放的试剂为()。C饱和N a O H溶液2 m o l-L _1 H 2 s o 41 8.4 m o l L-1 H 2 S O 4D1 8.4 m o l L-1 H2S O4饱和N a O H溶液1 8.4 m o l
47、-L-1 H 2 S O 4解析 分离C 0 2和CO应该先把C 0 2吸收，干燥后用一个球胆收集co,然后再用酸制出c o2,干燥后用另一个球胆收集，故丙装置中盛的一定是浓硫酸(1 8.4 m o l T H 2 s o 4),其中乙中的酸应选用2 m o i T的硫酸，而不能选用盐酸，因为盐酸易挥发H C 1气体而混进C 0 2中。另外，饱和N a H C C h溶液不能吸收C 02,用饱和N a 2 c。3溶液吸收C 02,再用酸制C 02时会改变C 02的量，且吸收效果不如饱和NaOH溶液，故选C。答 案C二、非选择题(本题共4个小题，共4 0分)1 1.(8分)如何除去下列各粉末状混
48、合物中的杂质(括号内为杂质)，请选用下面提供的试剂和操作，将标号填在表内。供选试剂：A.盐 酸B.烧 碱 溶 液C.氧 气D.水E.C 02 F.不用其他试剂供选操作：加 热 加 热 熔 融 过 滤 结 晶解 析(1)除去S i O 2中的N a H C C 3可用水溶法；含杂质的物质所加试剂主要操作(l)S i O2(N a H C O3)(2)S i O2(C a C O3)(3)S i O2(S i)(4)N a C l(S i O2)(2)除去S i 0 2中的C a C 0 3可先用盐酸溶解，然后再过滤。(3)除去S i C h中的S i可用加热法:S i +O2=S i O2.(4
49、)因N a C l溶于水而S i C h不溶于水，所以除去N a C l中的S i C h可用过滤、结晶法。答 案(1)D(2)A(3)C(4)D 1 2.(1 0分)(2 0 1 3厦门模拟)已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如下图所示的转化，反应中部分生成物已略去。其中，A、G为同一主族元素的单质,B、C、H 在通常情况下为气体，化合物C 是一种形成酸雨的大气污染物。请填空：(1)写出E 的两种用途、o(2)反应的离子方程式为 o(3)反应的化学方程式是 0(4)反应的离子方程式是 o(5)写出一个由A生成H 的置换反应方程式:解析 由题中信息及转化关系可知A、B、C、D、E、F、
50、G、H 分别为：C、C02.SO2、H2SiO3.SiO2.Na2SiO3,Si、CO。答 案(1)制光导纤维作建筑材料(或其他合理答案)(2)SiO2+2OH-=SiO 32 _+H2OC+2H2s0式 浓)=A=CO2 t+2SO2 t+2H2O(4)SiO32-+C02+H2O=H2SiO3 I+CO32-(5)C+H2O(g)奠 量 CO+比(合理即可)13.(12分)纯碱、烧碱等是重要的化工原料。(1)利用上图所示装置可间接证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应。将 A 与 B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是若其他操作不变，将 A 与 C 连接，可观察到的现象