人教版高中化学必修一第9讲无机非金属材料的主角硅教师版社会苗世印.docx
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人教版高中化学必修一第9讲无机非金属材料的主角硅教师版社会苗世印
无机非金属材料的主角-硅
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1．了解硅酸盐的重要用途及组成。
2．了解硅的重要用途，了解硅单质的物理性质。
3．掌握Na2SiO3的化学性质。
知识点一.硅
1.硅的化学性质。
在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等反应，但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。
①硅和氟气反应：
Si+2F2==SiF4。
②硅和氢氟酸反应：
Si+4HF==SiF4↑+2H2↑。
③硅和氢氧化钠溶液反应：
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。
④硅在氧气中加热：
Si+O2
SiO2。
2.硅的工业制法。
SiO2＋2C
Si（粗硅）＋2CO↑（注意产物）
提纯：
Si+2Cl2
SiCl4；SiCl4+2H2
Si+4HCl↑
3.晶体硅的用途。
用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。
知识点二.二氧化硅
1.物理性质：
硬度大、熔点高，难溶于水。
2.化学性质：
①酸性氧化物的通性：
SiO2是酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，但不溶于水：
SiO2+CaO
CaSiO3
SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O（Na2SiO3是强的粘合剂）
②弱氧化性：
SiO2+2C
Si+2CO↑
③特性：
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
要点解释：
（A）由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。
（B）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的，故盛放碱液可以用玻璃瓶（不能用玻璃塞）。
（C）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸既不能用玻璃塞、也不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅皿中。
3.用途：
①SiO2是制造光导纤维的主要原料。
②石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等。
③水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等。
④石英砂常用作制玻璃和建筑材料。
4.SiO2与CO2化学性质的比较
物 质
二氧化硅（SiO2）
二氧化碳（CO2）
与水反应
CO2+H2O
H2CO3
与酸反应
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反应
与碱反应
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+NaOH=NaHCO3
与碱性氧化物反应
SiO2+CaO
CaSiO3
CO2+Na2O=Na2CO3
与碳反应
SiO2+2C
Si+2CO↑
CO2+C=2CO
知识点三.硅酸（H4SiO4、H2SiO3）
1.不稳定性：
H2SiO3
SiO2+H2O
2.极弱酸性：
不能使酸碱指示剂变色：
H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3+2H2O
制备：
Na2SiO3+CO2+H2O=H4SiO4↓（白色胶状）+Na2CO3
或Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，
H4SiO4＝H2SiO3+H2O（不稳定、易分解）
知识点四.硅酸盐
1.常用的硅酸盐是Na2SiO3，俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液称为水玻璃，是一种矿物胶，密封保存。
可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。
2.硅酸盐改写为氧化物形式（顺序为：
较活泼金属氧化物·金属氧化物·二氧化硅·水）
如高岭石Al2（Si2O5）（OH）4改写为：
Al2O3·2SiO2·2H2O
再如：
钾长石KAlSi3O8不能写成
K2O·
Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
3.无机非金属材料。
①传统无机非金属材料：
陶瓷、玻璃、水泥。
水泥
玻璃
陶瓷
原料
黏土、CaCO3、石膏
纯碱、石灰石、石英
黏土
反应
原理
复杂反应原理
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
水泥的主要成分：
3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
普通玻璃的主要成分：
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
②新型无机非金属材料：
高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
类型一：
硅
例1．下列关于硅的说法不正确的是（ ）
A．硅是非金属，但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应
D．当加热到一定温度时，硅能与氧气等非金属反应
解析：
硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体，A正确；硅是良好的半导体材料，B正确；硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应，C错误；在加热时，硅与氧气、氯气等反应，D正确。
答案:
C
类型二：
硅的化合物
例2.在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（ ）
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸
⑤浓硝酸 ⑥烧碱溶液 ⑦氧化钙 ⑧氮气
A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧ C．⑤⑧ D．⑤
解析:
SiO2作为酸性氧化物，可与强碱和碱性氧化物反应，在常温下SiO2可与氢氟酸反应，在加热时SiO2可被焦炭还原，可与碳酸钙、纯碱反应。
答案:
C
例3.用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象与溶液”对应关系错误的是（）
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊不消失
Na2SiO3溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失
NaAlO2溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
Ca（ClO）2溶液
D
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
Ca（OH）2溶液
解析:
A项，Na2SiO3溶液中通入CO2发生反应：
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3（胶体），继续通CO2至过量，硅酸胶体不溶解。
B项，NaAlO2溶液通入CO2，生成不溶于水的Al（OH）3，Al（OH）3不溶于H2CO3，浑浊不消失。
C项，Ca（ClO）2溶液通CO2生成CaCO3沉淀和HClO，品红溶液遇HClO褪色；D项，Ca（OH）2+CO2==CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O==Ca（HCO3）2，Ca（HCO3）2+2NaOH==CaCO3↓+Na2CO3+2H2O。
答案:
B
例4.如右图所示，A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。
请填写以下空白。
（1）A、B、C、D的化学式分别是________、________、________、________。
（2）A→B的化学方程式是____________。
（3）C→D的离子方程式是____________。
解析:
本题主要考查SiO2的特性。
其突破口应从“A是一种高熔点的化合物，不溶于H2SO4、HNO3，却溶于氢氟酸”推断出A为SiO2，然后依此推出B为CO、C为CO2、D为H2SiO3。
答案:
（1）SiO2COCO2H2SiO3
（2）SiO2+2C
Si+2CO↑
（3）SiO32―+CO2+H2O==H2SiO3+CO32－
基础演练
一．填空题
1．下列说法不正确的是（ ）
A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物
B．在反应SiO2＋2C
Si＋2CO↑中SiO2作氧化剂
C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
D．氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
2．（2014年北京第二十中学月考试题）能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（ ）
A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸
B．在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
C．SiO2的熔点比CO2高
D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶
3.由下列实验事实得出的结论正确的是（ ）
A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐
B．由SiO2＋2C
Si＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅
C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
4．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（ ）
A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出
B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成
D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解
5．将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③NaAlO2溶液；④饱和Na2CO3溶液；⑤Ca（OH）2溶液。
最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）
A．①②③④⑤ B．②③④
C．②④⑤D．①②④
6．下表各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是（ ）
选项
X
Y
Z
A
Na
NaOH
NaHCO3
B
Cu
CuSO4
Cu（OH）2
C
C
CO
CO2
D
Si
SiO2
H2SiO3
7．（2014年聊城市第一中学月考试题）关于工业制金刚砂的反应：
SiO2＋3C
SiC＋2CO↑，下列说法正确的是（ ）
A．SiO2是氧化剂，C为还原剂
B．碳的还原性比硅强
C．氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1
D．1molSiO2参与反应时，转移4mol电子
8．下列关于SiO2性质的说法错误的是（ ）
A．与强碱反应：
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，盛放碱性药品的试剂瓶不能用玻璃塞
B．与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，可用来雕刻玻璃
C．高温下与碱性氧化物反应：
SiO2＋CaO
CaSiO3，可用来做石英坩埚
D．与水反应：
SiO2＋H2O===H2SiO3，具有酸性氧化物的通性
9．下列应用与二氧化硅的性质无关的是（ ）
A．氢氟酸不能用玻璃瓶盛装
B．实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞
C．可用来做石英钟、石英表，耐高温的石英玻璃
D．硅胶是常用的干燥剂及催化剂的载体
10．试管中加入3～5mLNa2SiO3饱和溶液，滴入2～3滴酚酞试液，再用胶头滴管逐滴滴入稀盐酸，边滴边振荡，至红色变浅并接近消失停止，下列解释错误的是（ ）
A．发生的反应为Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
B．滴加酚酞呈红色，说明硅酸钠溶液呈碱性
C．盐酸的酸性比硅酸强
D．盐酸的酸性比硅酸弱
11．下列说法正确的是（ ）
A．SiO2是酸性氧化物，它可以与强碱反应，但不能与所有的酸反应
B．根据反应SiO2＋CaCO3
CaSiO3＋CO2↑，可推知硅酸的酸性比碳酸的强
C．CO2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸
D．CO2与SiO2均可溶于水生成相应的酸
12．下列关于二氧化硅的说法正确的是（ ）
A．工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1molC能置换出1molSi
B．二氧化硅具有酸性氧化物的通性
C．二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应
D．由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应
二．填空题
13．某学生设计了如下图所示的装置，一次实验即可达到比较HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱的目的（不必选其他酸性物质）。
请据此回答：
（1）锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂为________。
（2）装置B所盛试剂是________，其作用是_________________。
（3）装置C所盛试剂是________，C中反应的离子方程式是__________________________________________。
14.A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成，且四种化合物中阴、阳离子各不相同。
阴离子
Cl－、SiO
、OH－、NO
阳离子
H＋、Ag＋、Na＋、K＋
已知：
A溶液呈强酸性，且A溶液与B、C溶液混合均产生白色沉淀，B的焰色反应呈黄色。
回答下列问题：
（1）写出A、B、C、D的化学式：
A__________，B__________，C__________，
D__________。
（2）写出A溶液与B溶液反应的离子方程式：
______________________________________。
（3）请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号：
溶液
A
C
D
试剂瓶序号
巩固提高
一．选择题
1．下列叙述中，正确的是（ ）
A．自然界中存在大量的单质硅
B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅
C．二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱的溶液发生化学反应
D．自然界中硅元素都存在于石英中
2．下列关于二氧化硅的说法中正确的是（ ）
A．二氧化硅溶于水所得溶液能使紫色石蕊溶液变为红色
B．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可得白色胶状沉淀硅酸
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．二氧化硅是酸性氧化物，不溶于任何酸溶液
3．下列物质：
①氢氟酸，②浓H2SO4，③烧碱溶液，
④Na2CO3固体，⑤氧化钙，⑥浓HNO3，其中在一定条件下能与SiO2反应的有（ ）
A.①②⑥ B.②③⑥
C.①③④⑤D．全部
4．熔融氢氧化钠所选用的器皿是（ ）
A．陶瓷坩埚B．石英坩埚
C．普通玻璃坩埚D．生铁坩埚
5.下列关于硅酸的说法正确的是（ ）
A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应制得
B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3（胶体）制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的原理
C．硅酸难溶于水，不能与NaOH溶液反应
D．硅胶可用作袋装食品的干燥剂
6．（双选）下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（ ）
A．SiO2→Na2SiO3
B．SiO2→H2SiO3
C．SiO2→CaSiO3
D．Na2SiO3→SiO2
7．下列说法中正确的是（ ）
A．SiO2分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的
B．盛放NaOH溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，是因为玻璃中含有SiO2，SiO2能与NaOH溶液反应
C．C和Si属于同一主族，所以CO2和SiO2性质相似
D．因为SiO2不能与水反应生成酸，所以SiO2不属于酸性氧化物
8．（2015年上海高考题改编）下列反应的离子方程式中，不正确的是（ ）
A．二氧化硅和氢氟酸反应：
SiO2＋4H＋===Si4＋＋2H2O
B．二氧化硅和氢氧化钾溶液反应：
SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
C．水玻璃中滴入盐酸：
SiO
＋2H＋===H2SiO3↓
D．碳酸钡滴加稀硝酸：
BaCO3＋2H＋===Ba2＋＋H2O＋CO2↑
二．填空题
9．如何用所提供的试剂和方法除去各混合物粉末中的杂质（括号内为杂质）？
将所选答案的编号填入表中相应的空格内（如果不需补加试剂，则对应答案栏可空着）。
可供选择的试剂：
A．盐酸；B.NaOH溶液；C.O2；D.H2O；E.CO2
可供选择的操作：
①分液；②加热；③过滤；④结晶
序号
粉末状混合物
所加试剂
主要操作
（1）
SiO2（CaCO3）
（2）
CaCO3（SiO2）
（3）
NaCl（SiO2）
（4）
SiO2（Fe2O3）
（5）
SiO2（H2SiO3）
（6）
SiO2（Na2SO4）
10.已知下列物质有如图所示转化关系，水和部分产物已略去。
①X为不溶于水的坚硬固体，Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料；
②无色气体A是引起温室效应的主要气体；
③B、D均为难溶于水的白色固体；
④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质。
据此回答下列问题：
（1）B的化学式是________，F的名称是______。
（2）由X、Y制F的过程中，Y作________（填“氧气”或“还原”）剂。
（3）转化①的化学方程式为________________。
（4）转化②（A少量）的离子方程式为________。
一．选择题
1．下列关于硅和硅的化合物的叙述，不正确的是（ ）
①二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构
②硅是地壳中含量最多的非金属元素
③晶体硅是良好的半导体材料
④二氧化硅是制造光导纤维的重要原料
⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的
⑥SiO2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸
A．①②⑥ B．①⑤⑥
C．③④⑤⑥D．②⑤⑥
2．下列说法正确的是（ ）
①二氧化硅熔点很高，可用作耐高温材料，如高温下用石英坩埚熔融氢氧化钠
②化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④碳化硅俗称金刚砂，具有金刚石的结构，硬度大，可作砂轮的磨料
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③B．②③④
C．③④⑤D．②③⑤
3．（2014年兰州市第一中学月考试题）下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（ ）
A．在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO2
2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的
B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞的试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2
CO2↑＋Na2SiO3可知，硅酸的酸性大于碳酸的
4.下列关于碳和硅的比较，正确的是（ ）
A．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸
B．碳和硅的最高正价都是＋4价
C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位
D．碳和硅在自然界的存在形式都是既有游离态也有化合态
5．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
选项
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
沙子、石英
二氧化硅
6.下列有关硅酸盐的说法错误的是（ ）
A．硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成
B．硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体
C．水玻璃长期暴露在空气中会变质，这是因为水玻璃主要发生了氧化还原反应
D．传统无机非金属材料的优缺点：
抗腐蚀、耐高温，质脆、经不起冲击
7．下列材料的特性及用途的说法中不正确的是（ ）
A．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料
B．氧化铝陶瓷具有两性，不可以用于制耐高温设备
C．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造轴承
D．人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机
8．用石英制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2C
Si（粗）＋2CO↑
②Si（粗）＋2Cl2
SiCl4
③SiCl4＋2H2
Si（纯）＋4HCl
下列关于上述反应的分析不正确的是（ ）
A．①③属于置换反应，②属于化合反应
B．高温下焦炭与氢气的还原性均强于硅的
C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子
D．高温下将石英、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
9．下列物品或设备：
①水泥路桥，②门窗玻璃，③水晶镜片，④石英钟表，⑤玛瑙手镯，⑥硅太阳能电池，⑦光导纤维，⑧计算机芯片。
所用材料为SiO2或要用到SiO2的是（ ）
A．⑥⑧B．①②⑦⑧
C．①②③④⑤⑦D．全部
10．不用任何试剂就可以将①Na2SiO3，②Na2SO4，
③CuCl2，④KCl，⑤Ba（NO3）2，五种溶液鉴别出来的顺序是（ ）
A．③④⑤①②B．③①⑤②④
C．①③④②⑤D．③②①⑤④
11．（2015年高考试题广东卷改编）工业上常用SiO2与C在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1。
下列说法正确的是（ ）
A．SiC是一种新型无机非金属材料，任何条件下都不可能在空气中燃烧
B．制造粗硅时的反应：
2SiO2＋5C高温,Si＋SiC＋4CO↑
C．Si、SiO2能用NaOH溶液分离
D．纯净的SiO2只能用于制造光导纤维
12．（双选）有一粗铝，含铁和硅两种杂质。
取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是（ ）
A．物质的量比为1∶1B．物质的量比为2∶1
C．质量比为4∶1D．质量比为2∶1
二．填空题
13．硅单质及其化合物应用范围很广。
请回答下列问题。
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。
三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：
_________________________________________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。
SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：
______________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_____________________________。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是________（填字母）。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
14．在电子工业中利用镁制取硅的反应为：
2Mg＋SiO2
2MgO＋Si，同时会发生副反应：
2Mg＋Si
Mg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），SiH4在常温下是一种不稳定、易自燃的气体。
下图是进行Mg与SiO2反应的实验装置。
试回答下列问题：
（1）由于O2的存在对该实验有较大影响，实验中应通入X气体作为保护气。
试管中的固体药品可选用________（填序号）。
①石灰石 ②锌粒 ③纯碱
（2
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