高考化学二轮精品练习学案41无机非金属材料的主角硅1.docx

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高考化学二轮精品练习学案41无机非金属材料的主角硅1

2019高考化学二轮精品练习学案-4.1无机非金属材料的主角——硅

（1）

无机非金属材料的主角——硅

【高考新动向】

考点梳理

1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.了解常见无机非金属材料的性质和用途

【考纲全景透析】

【一】C、Si单质性质及其用途的比较。

1.物理性质

碳

硅

存在形态

既有游离态，又有化合态；主要单质有：

金刚石、石墨、C60等同素异形体

在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在；主要单质有：

晶体硅和无定性硅两大类

单质的物理性质

金刚石熔点很高，硬度很大；石墨熔点很高〔比金刚石高〕硬度较小，能导电，有滑腻感。

晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很高，硬度很大；是良好的半导体材料。

用途

金刚石用作切割工具；

石墨用作电极、铅笔芯。

含硅4％的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；含硅15％的硅钢具有很好的耐酸性能，作为耐酸材料；制光电池等

2.化学性质

（1）碳单质的化学性质——还原性

①与O2反应：

O2不足：

2C+O22CO；

O2充足：

C+O2CO2

②与其他物质反应：

a.与CuO反应：

2CuO+C2Cu+CO2↑（可用于某些金属的冶炼）；

b.与CO2反应：

CO2+C2CO；

c.与水蒸气反应：

C+H2O（g）CO+H2（用于生产水煤气）；

d.与浓硫酸反应：

C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O。

（2）硅的化学性质——还原性

①与氢氟酸反应：

Si+4HF====SiF4↑+2H2↑；

②与NaOH溶液反应：

Si+2NaOH+H2O=====Na2SiO3+2H2↑;

③与O2反应：

Si+O2SiO2。

【二】CO2和SiO2的比较

物质

二氧化硅

二氧化碳

晶体类型

原子晶体

分子晶体

物理性质

硬度大、熔沸点高、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

①与水反应

不反应

CO2+H2OH2CO3

②与酸反应

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

不反应

③与碱反应

高温

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

高温

盛碱液的试剂瓶用橡皮塞

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或

CO2+NaOH=2NaHCO3

④与盐反应

SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑

高温

SiO2+CaCO3＝CaSiO3+CO2↑

Ca（ClO）2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO

CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3

⑤与碱性氧化物反应

SiO2+CaO＝CaSiO3

CO2+Na2O＝Na2CO3

⑥与碳反应

CO2+C2CO；

主要用途

化工原料、灭火剂。

干冰用作制冷剂，人工降雨。

制光学仪器、石英玻璃。

水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。

3、硅酸及硅酸盐

〔1〕硅酸

①物理性质：

与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。

⑵化学性质：

a.弱酸性：

是二元弱酸，酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为：

H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。

b.不稳定性：

受热易分解，化学方程式为：

H2SiO3H2O+SiO2。

⑶制备：

通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：

Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl

⑷用途：

硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。

2、硅酸盐

⑴硅酸盐：

硅酸盐是由硅、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。

⑵硅酸钠：

硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。

⑶硅酸盐组成的表示

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：

如硅酸钠〔Na2SiO3〕可表示为Na2O·SiO2。

长石〔KAlSi3O8〕可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

〔注意：

硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；表示顺序一般为：

活泼金属的氧化物·较活泼金属的氧化物·二氧化硅·水。

【三】常见无极非金属材料及其主要用途

1.传统的无极非金属材料

硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：

玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下

硅酸盐产品

水泥

玻璃

陶瓷

原料

石灰石、黏土

纯碱、石灰石、石英

黏土

反应原理

发生复杂的物理化学变化〔不作要求〕

高温

SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3＝CaSiO3+CO2↑

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

陶瓷窑

主要成分

3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

反应条件

高温

高温

高温

（2）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.特殊功能的含硅物质

（1）碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。

（2）含硅元素4%的硅钢具有导磁性。

（3）硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

【热点难点全析】

1.硅及其化合物的特殊性质

1.硅

（1）硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅却只有化合态。

（2）硅的还原性强于碳，但碳能还原SiO2：

SiO2+2C2CO↑+Si。

（3）非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱溶液作用放出H2：

Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑。

（4）非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应。

（5）非金属单质一般为非导体，但硅为半导体。

2.二氧化硅

（1）非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔点却很高。

（2）酸性氧化物一般不跟酸反应，但SiO2能跟氢氟酸反应。

3.硅酸

（1）无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。

（2）H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑能发生是因为生成的CO2容易挥发。

【典例1】某氧化物不溶于水，溶于熔化的NaOH中，生成易溶于水的化合物，向稀盐酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀产生，那么原氧化物是（）

A、Al2O3B、MgO

C、SiO2D、Fe2O3

[答案]C

[解析]能与NaOH反应的氧化物有Al2O3、SiO2，生成物分别为NaAlO2和Na2SiO3，但由于题目中是向稀盐酸中加所生成化合物的水溶液，即盐酸过量，NaAlO2与过量盐酸反应生成AlCl3，无沉淀，Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3白色沉淀，应选C。

【二】CO2与碱的反应及CO、HCO的检验

1.CO2与NaOH反应成分的判断

（1）反应原理

NaOHNa2CO3NaHCO3

（2）反应后溶质成分的判断方法

溶质的成分

X≤1∶1

NaHCO3

1∶1

Na2CO3、NaHCO3

X＝2∶1

Na2CO3

X>2∶1

NaOH、Na2CO3

〔3〕CO2与常见溶液的反应和现象

①Ca（OH）2或Ba（OH）2溶液

CO2不足时，生成白色沉淀；CO2过量时，生成的白色沉淀消失，溶液变澄清。

②Na2SiO3溶液

CO2不足：

Na2SiO3+H2O+CO2====Na2CO3+H2SiO3↓；

CO2过量：

Na2SiO3+2H2O+2CO2====2NaHCO3+H2SiO3↓。

两种情况均生成白色胶状沉淀。

③饱和Na2CO3溶液

Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3↓，有白色固体析出。

2.CO、HCO的检验

（1）CO的检验

向待检验溶液中滴加一定量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的酸，白色沉淀溶解且生成无色，无味的气体，那么待检溶液中有CO。

（2）HCO的检验

向待检验溶液中滴加足量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。

假设溶液中有无色、无味的气体生成，那么待检溶液中有HCO。

【典例2】以下说法正确的选项是（）

A、将CO2通入CaCl2溶液或饱和Na2CO3溶液均有白色沉淀生成

B、某溶液中加入Ba（OH）2溶液中有白色沉淀，说明可能有CO不可能含有HCO

C、在标准状况下将2.24LCO2通入100mL1.0mol/L的NaOH溶液中充分反应，其反应的离子方程式为：

CO2＋2OH－===CO＋H2O

D、NaHCO3溶液和Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鉴别

[答案]D

[解析]A项CO2与CaCl2不反应，无现象，与饱和Na2CO3溶液反应生成溶解度更小的NaHCO3，从而析出沉淀；B项溶液中可能含CO，也可能含有HCO、SO、HSO，B错；C项中n（CO2）∶n（NaOH）＝1∶1，反应应该为CO2＋OH－===HCO，C错；D项，CaCl2与NaHCO3不反应，与Na2CO3反应生成CaCO3白色沉淀，D项正确。

【高考零距离】

1、〔2018·江苏高考·13〕以下根据实验操作和现象所得出的结论正确的选项是

选项实验操作实验现象结论

A向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液均有固体析出蛋白质均发生变性

B向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba（NO3）2溶液出现白色沉淀溶液X中一定含有SO42－

C向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体出现白色沉淀H2SiO3的酸性比H2CO3强

D向浓度均为0.1mol·L－1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液出现黄色沉淀Ksp（AgCl）＞Ksp（AgI）

【参考答案】D

【分析】此题属于常规实验与基本实验考查范畴。

A.向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，虽然实验现象均有固体析出，但一是盐析，一是变性；一是可逆变化，一是不可逆变化。

B.向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba（NO3）2溶液，出现白色沉淀就得出溶液X中一定含有SO42－是不合理的，假设溶液中有SO32－也出现白色沉淀。

C.向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，结论应为H2CO3的酸性比H2SiO3强。

D.向浓度均为0.1mol·L－1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，出现黄色沉淀，说明沉淀向着溶解度更小的方向转化，结论应该是Ksp（AgCl）＞Ksp（AgI）。

【备考提示】常见物质的制备、分离提纯、除杂和离子检验等都是学生必备的基本实验技能，我们要在教学中不断强化，反复训练，形成能力。

【解题指南】解答此题时应注意盐析和变性的区别、硫酸根的检验方法、强酸制弱酸和沉淀溶解平衡的有关原理，并应用相关原理来分析具体问题。

【解析】选D。

选项具体分析结论

A蛋白质中加入轻金属盐发生盐析，加入重金属盐发生变性错误

B假设溶液中含有SO2—3〔不含SO2—4〕，加入稀硝酸SO2—3被氧化为SO2—4，也会产生硫酸钡白色沉淀错误

C硅酸钠溶液中通二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强错误

DCl—、I—物质的量浓度相同，氯化银、碘化银为同类型化合物，出现的黄色沉淀为碘化银，说明碘化银溶度积小正确

2、〔2018·海南高考·1〕化学与环境密切相关，以下有关说法正确的选项是

A、CO2属于大气污染物

B、酸雨