必修2第五章第三节无机非金属材料.docx
《必修2第五章第三节无机非金属材料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《必修2第五章第三节无机非金属材料.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
必修2第五章第三节无机非金属材料
无机非金属材料
（9考情分析
重难点
题型
分值
重点
1.掌握硅、二氧化硅的存在、结构特点和性质；
2.了解硅在无机非金属材料中的生产和应用：
3.重点掌握二氧化硅的化学性质
4.了解硅酸钠的性质和主要用途
选择和
填空
4-6分
难点
掌握硅、二氧化硅的存在、结构特点和性质：
了解硅酸钠的性质和主要用途
黔知识脉络
厂■｛硅酸〕
硅酸盐材料
氮及其化合物
磁其化誡
二化硅
Q知识精讲
J1
核心知识点一：
一、硅酸盐材料
硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。
硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳泄。
1.硅酸
（1）物理性质
不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。
硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用催化剂的载体。
（2）化学性质
1弱酸性：
所以在与碱反应时只能与强碱反应
H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+H2OH2SiO3+2OH_=SiO32"+2H2O
比碳酸酸性弱：
Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3
A
2硅酸的热稳龙性较弱，受热易分解为SO和水：
H2SiO3=H2O4-SiO2
（3）制备方法
由于S102不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。
实验步骤
在试管中加入3~5mLNa2SiO3溶液（饱和NazSiCh溶液按1：
2或1：
3的体积比
用水稀释），滴入1~2滴酚駄溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变注并接近消失时停止。
静置。
仔细观察变化过程及苴现象
实验现象
滴加酚酥溶液后，溶液显红色：
滴加盐酸后，溶液的红色逐渐消失，生成软而透
明的胶冻状的凝胶
实验结论
硅酸钠溶液显碱性，可与酸反应：
硅酸为白色固体，难溶于水
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2S1O31SiO32~+2H+=H2SiO31
【注意】①硅酸不溶于水，不能用S102与水反应制取硅酸
2硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入C02也可以制取硅酸：
NazSiOs+CO2+H2O=Na2CO3+H2S1O3[SiO32+C02+H20=CO32~+H2S1O31
3如前所述，S1O2+Na2CO3Na2SiO3+CO：
?
.该反应在髙温条件下进行，有利于
CCh从体系中挥发出来，而S1O2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸肝制取易挥发性酸酹的原理：
而上述反^ttNa2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2S1O3I"可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾
【想一想】族酸和硅酸的酸性比较
2.硅酸钠
（1）物理性质：
最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3）,可溶于水，英水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。
②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。
（2）化学性质
1硅酸钠水溶液呈碱性，使酚酥溶液变红。
2硅酸钠与酸反应生成硅酸
由于硅酸是比碳酸还弱的酸，所以水玻璃易跟碳酸（CO2+H2O）及更强的酸反应，生成难溶于水的硅酸，如：
1通入少量的C02：
Na2SiO34-CO：
4-H2O=Na2CO34-H2S1O3J.
SiO32+CO2+H2O=CO32_+H2S1O31
由此可知Na2SiO3水溶液在空气中易变质
2通入过量的C02：
NazSiOs+2C0：
+2H2O=2NaHCO3+H2S1O3[
S1O32-+2C0：
+2H2O=2HCO3-+H2S1O31
（3）硅酸盐的组成
1表示方法：
与英他盐不同，硅酸盐的组成相当复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示他们的组成，其通式为aMxO）•Z?
SiO2tH2Oo式中aMQ.i•表示金属氧化物。
2书写方式:
找出组成元素-写成氧化物形式-原子守恒-检査有无遗漏-氧化物之间用“•"隔开。
3书写顺序：
活泼金属氧化物-较活泼金属氧化物-二氧化硅-水。
例如：
Na2SiO3可表示为NaOS1O2；CaSiO3可表示为CaOSiO2；
石棉可表示为CaO3MgO4SiO2
【注意】低价金属氧化物写在前，高价金属氧化物写在后；活泼金属的氧化物写在前,不活泼金属的氧化物写在后。
3.硅酸盐材料
水泥
玻璃
陶瓷
原料
黏土、石灰石
石灰石、石英、纯碱
黏土
设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
变化
复杂的物理、化学变化过程。
（加入适量石膏，调节水泥的硬化速度。
研成细粉就得到普通水泥，熔融制得水泥具有水硬性）
主要反应：
Na2C（）3与CaCO3各自与SiO?
在髙温条件下反应生成Na2SiO3与C6、CaSiO3与82
加水混合f成型-干
燥T烧结-冷却
组成
硅酸三钙（3CaOS1O?
）
硅酸二钙（2CaOSiO2）
铝酸三钙（3CaOAI2O3）
硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
硅酸盐
用途
重要的建筑材料
玻璃瓶、化学实验用的玻璃
仪器、窗玻璃等
在工农业、科技生活、
实验室中使用广泛
核心知识点二：
二、新型无机非金属材料
1.硅单质
（1）存在
硅在地壳中的含量为26.3%,仅次于氧。
硅元素在自然界全部以化合态存在。
单质硅
•••
有晶体和无定形两种，硅是构成矿物和岩石的主要元素。
（2）物理性质
1硅在元素周期表中处理金属与非金属的过渡位苣。
晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅的熔点高（1410C）、硬度大、有脆性。
2用途：
晶体硅的用途广泛，可以用来制造晶体管、光电池，硅芯片是各种汁算机、微电子产品的核心。
（3）化学性质
硅和碳是元素周期表里IVA族的元素，并且是上下邻居，它们原子结构的共同点是最外层是4个电子，但电子层数不同，碳原子和硅原子都既不容易失电子又不容易得电子，主要通过共用电子对形成正四价的化合物。
碳单质和硅单质的主要化学性质既有相似性又有差异性
（1）常温下化学性质不活泼，除与02、F2、C12、HF、NaOH反应，一般不与其它物质反应
A
Si+2O,=SiO,
Si+2F2=SiF4
Si+4HF=SiF4+2H2T
Si+2NaOH-H2O=Na2SiO3+2H2?
（2）加热时可与O2、Cl?
等非金属反应
2.二氧化硅
（1）存在
二氧化硅是硅最重要的化合物
地球上存在的天然二氧化硅，英存在形态有结晶形和无泄形两大类，统称硅石。
存在形式：
磷召、.召茨、.水昂、.弓瑙、.妙于等（硅元素的亲氧性）
（2）结构
S©晶体具有多种晶型，苴基本结构单元是如图所示的四面体，每个Si周用结合4个0,Si在中心，0在4个顶角：
许多这样的四而体又通过顶角的0相连接，每个0为两个四面体所共有，即每个0跟2个Si相结合。
实际上，SO晶体是由Si和0按1：
2的比例所构成的立体网状结构的原子晶体,因此，通常用S1O2来表示二氧化硅的组成，但并不存在单独的SiOd分子。
S102的网状结构决左了它具有优良的物理和化学性质，加上SiCh在自然界的广泛存在,从古到今都被人类广泛地应用着
（3）物理性质
熔点高、硬度大、难溶于水
（4）用途
光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、建筑材料、饰品等；
但人长期吸入含有S102的粉尘就会患硅肺病（旧称为矽肺病）
（5）化学性质
1二氧化硅的化学性质很不活泼，氢氟酸（HF）是唯一可以与之发生反应的酸：
SiO2+4HF=SiF4T+2H2O
2S1O2是酸性氧化物，它可能发生哪些冬应呢？
与碱性氧化物反应生成盐：
SiO2+CaO^_CaSiO3
3与强碱反应生成盐：
Si02+2Na0H=Na2SiO3+H20（在常温下反应进行得比较慢）
SiO24-2OH=SiO32_+H2O
实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？
是因为该反应生成的Na2SiO3是一种矿物胶，日久能使瓶口与瓶塞发生黏合
4与盐反应，轡温下，S1O2能与纯碱、大理石反应：
SiO：
+N&C0逋埜Na2SiO3+CO：
TS1O2+6CO3高温CaSiOs+CO2T
说明：
上述两个反应是玻璃工业生产的主要原理
5与碳反应
S】Ch中硅元素的化合价为+4价，这是硅元素的最髙化合价，因此具有一左的氧化性,
如S1O2在髙温下能被C还原，制取粗硅。
S1O2+2C高溫Si+2C0T
［旨I典例精析
核心知识点一：
冋能力提升
证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）
A.二氧化碳是气体，二氧化硅是固体
B二氧化硅的熔点比二氧化碳髙
C.二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅难溶于水
D二氧化碳通入硅酸钠溶液中析出硅酸沉淀
【答案】D
【解析】A.二氧化碳是气体，二氧化硅是固体，与其对应酸的强弱无关，所以不能证明硅酸酸性弱于碳酸，故A不选：
B.二氧化硅的熔点比二氧化碳髙，与其对应酸的强弱无关，所以不能证明硅酸酸性弱于碳酸，故B不选：
C二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅难溶于水，与英对应酸的强弱无关，所以不能证明硅酸酸性弱于碳酸，故C不选：
D.二氧化碳通入硅酸钠溶液中析出硅酸沉淀，则碳酸和硅酸钠反应生成硅酸，强酸制取弱酸，所以能说明硅酸酸性弱于碳酸，故D选项正确。
【考点】二氧化硅的性质
加拓展拔高
利用如图所示装宜进行实验，将仪器a中的溶液滴入b中，根据c中所盛溶液，预测其中现象的是（）
选型
a
b
c
C试管中现象
A
浓盐酸
KMnO4
FcCH溶液
溶液变棕黄色
B
稀硫酸
NazS2O3
浪水
产生浅黄色沉淀
C
硼酸
Na2CO3
Na2SiO3溶液
析出白色沉淀
D
浓硫酸
铁片
KI-淀粉溶液
溶液变蓝色
【答案】A
【解析】浓盐酸被髙猛酸钾氧化生成氯气，氯气氧化氯化亚铁生成氯化铁，溶液变为棕黄色，A正确：
稀硫酸和硫代硫酸钠反应生成S和SO2,SO?
被浪水氧化生成硫酸，得不到注黄色沉淀，B错误：
硼酸的酸性弱于碳酸，不能与碳酸钠反应，C错误：
常温下铁在浓硫酸中饨化，D错渓。
【考点】硅酸的酸性
核心知识点二：
冋能力提升
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，投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解
【答案】D
【解析】S1O2不溶于除氢氟酸以外的酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸，且CaCOs溶于盐酸时会有气泡产生，S1O2能溶于NaOH溶液。
【考点】二氧化硅的化学性质
拾拓展拔高
晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
1髙温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅，同时得到一种可燃性气体：
②粗硅与「燥
250〜3009
的HC1气体反应制得SiHCh（S1+3HCI丽SiHCh+H2）:
③SiHCh与过量的吐在1100〜1200°C的温度下反应制得纯硅，已知SiHCh能与水剧烈反应，在空气中易自燃。
请回答：
（1）第一步制取粗硅反应的化学方程式为。
（2）粗硅与HC1气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCh（沸点33.0C）中含有少呈:
SiCU（沸点57.6°C）和HC1（沸点-84.7°C）,提纯SiHCh采用的方法为°
（3）实验室用SiHCh与过咼的用反应制取纯硅装置如图所示（加热和夹持装宜略去）：
尾气处理装置略去
①装置B中的试剂是,装置C中的烧杯需要加热，目的是
2反应一段时间后，装置D中观察到的现象是,装置D不能采用普通玻璃管的原因是,装宜D中发生反应的化学方程式是。
3为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检査实验装置的气密性，控制好反应温度以及0
吉温
【答案】
（1）SiO2+2C=^=Si+2COT
（2）分佛（或蒸懈）
（3）®浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCh汽化②有固体物质生成在题给反应温度下
1100—1200*C
（1100〜1200°C）,普通的玻璃会软化SiHCh+H2Si+3HC1
3排尽装置中的空气
高温
【解析】
（1）粗硅的制取是用碳还原二氧化硅，化学方程式为Si02+2C^=Si+2C0To
（2）SiHCh与SiCh、HC1沸点相差很大，可用分饰法提纯SiHCho（3）①因SiHCh与水剧烈反应，故A中产生的H?
必须干燥，因此B中的试剂为浓硫酸，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCh汽化，加快其与出的反应速率。
②石英管中产生的物质应为硅，故D中有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1100〜1200°C,此温度下普通的玻璃容易软化。
③因高温下H2与02反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。
【考点】硅的制备
□同步练习
（答题时间：
25分钟）
一、选择题
1.
下列试剂中•能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是（）
2.下列物质中在一泄条件下能与Si02起反应的是（）
①浓H2SO4；②H』O：
③浓硝酸：
④氢氟酸；⑤KOH溶液；⑥氧化钙：
⑦碳酸钠
A.①②⑥B.②④
A.
B.SiO2^H2SiO3
D.H2SiO3-^SiO2
SiO2^Na2SiO3
C.NazSiOj^HzSiO?
4.下列关于二氧化硅和二氧化碳的说法中错误的是（）
A.与二氧化碳分子相似，1个硅原子和2个氧原子构成1个二氧化硅分子
B.通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体
C.二氧化硅和二氧化碳都能与氧化钙反应生成盐
D.二氧化硅和二氧化碳都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
5.下列叙述中，正确的是（）
A.可用带玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液
B.SiO2和C02都是酸性氧化物，既能与水反应，又能与NaOH溶液反应
C.SiCh与纯碱在高温条件下反应生成C02,说明硅酸的酸性比碳酸强
D.石灰石是工业制备普通玻璃和水泥的共同原料
6.《天工开物》记载：
“凡塊泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏上而为之"，“凡坯既成,
干燥之后，则堆积窖中燃嶄举火”，“浇水转釉（主要为青色），与造砖同法”。
下列说法错误的是（）
A.沙子和黏上的主要成分为硅酸盐
B.“燃薪举火“使黏上发生复杂的物理、化学变化
C.烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
7.下列关于无机非金属材料的说法中正确的是（）
A.传统无机非金属材料是指：
光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C.髙温结构材料具有耐髙温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D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
同参考答案
1.【答案】c
【解析】氢氟酸应该保存在塑料瓶中；保存氢氧化钠溶液用橡胶塞或软木塞：
水玻璃具有黏性，能使玻璃瓶与瓶塞牢固地黏在一起，也应该用橡胶塞或软木塞。
2.【答案】C
【解析】①SO是酸性氧化物，与浓H2SO4不能反应，①不符合题意；
2HQ与SO不能反应，②不符合题意：
3SiO2是酸性氧化物，与浓硝酸不能反应，③不符合题意；
4氢氟酸与SiO2反应生成SiF,H2O,④符合题意：
5SiO?
是酸性氧化物，与强碱KOH溶液反应生成K2SiO3.H20,⑤符合题意；
6氧化钙是碱性氧化物，可以与SiO?
在髙温下反应生成硅酸钙，⑥符合题意；
7Si02与碳酸钠在髙温下反应生成硅酸钠和二氧化碳，⑦符合题意；
可以与二氧化硅反应的为④⑤⑥⑦，因此合理选项是C。
3.【答案】B
【解析】二氧化硅可与氢氧化钠直接反应生成硅酸钠：
NazSiCh溶液中通入CO?
或加入盐酸都可以生成H2SiO3：
硅酸可直接加热分解生成二氧化硅，故只有B符合题意。
4.【答案】A
【解析】A.二氧化硅为原子晶体，是由硅原子与氧原子构成，不存在分子，故A错误：
B.通常状况下，二氧化碳为气态，二氧化硅为固体，故B正确；C.二氧化硅和二氧化碳均为酸性氧化物，都能够与碱性氧化物氧化钙反应生成盐，故C正确：
D.二氧化硅和二氧化碳均为酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水，故D正确。
5.【答案】D
【解析】A.NaOH溶液能够与玻璃的成分SiCh反应产生可溶性的硅酸钠，硅酸钠有粘性，会将玻璃塞与试剂瓶黏在一起，因此不可用带玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液，A错误：
B.SiO2是难溶于水的酸性氧化物，B错误；C.SiO?
与纯碱在髙温条件下反应生成CO?
是因为硅酸酸肝的沸点比碳酸酸酊的沸点高，与酸性强弱无关，C错误：
D.制取普通玻璃的原料是石灰石、纯碱、二氧化硅，制取水泥的原料是黏上、石灰石，因此石灰石是工业制备普通玻璃和水泥的共同原料，D正确。
6.【答案】A
【解析】A项，沙子的主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，错误；B项，硅酸盐工业锻烧过程中发生一系列复杂的物理、化学变化，正确：
C项，自然冷却生成的物质中铁元素为+3价，所以为红瓦，浇水过程中，水在高温下与碳反应生成还原性气体CO,Fc%被还原为F&+,所以成青瓦，正确：
D项，砖瓦和陶瓷的主要原料为黏上，正确。
7.【答案】C
【解析】A项中，光导纤维是新型无机非金属材料：
B项中，强度比较差是错误的；D项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。
升级会员 