必修1第四章第一节无机非金属材料的主角硅.docx
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必修1第四章第一节无机非金属材料的主角硅
年级
高一
学科
化学
版本
人教新课标版
课程标题
必修1第四章第一节无机非金属材料的主角——硅
编稿老师
刘学超
一校
林卉
二校
黄楠
审核
王慧姝
一、考点突破
考点
学习目标
试题类型
分值
SiO2、H2SiO3
了解SiO2、H2SiO3的主要性质。
选择题、填空题
4分
硅和硅酸盐
了解硅、硅酸盐的主要性质。
选择题
2分
晶体硅
了解晶体硅的重要用途。
选择题
2分
无机非金属材料
了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。
选择题
2分
二、重难点提示
1.了解SiO2、H2SiO3的主要性质。
2.了解硅、硅酸盐的主要性质。
提示：
本讲中我们将Si和C作比较，对它们的单质及其化合物进行讲解
一、碳和硅
1.单质的存在形态、物理性质和用途
碳
硅
存在形态
游离态和化合态
化合态
物理性质
石墨：
硬度小，电的良导体
金刚石：
熔点高，硬度大
结构类似于金刚石，有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性
用途
金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯
半导体材料和合金材料，主要用来做芯片、光电池等
硅太阳能电池电脑芯片
2.化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性：
注：
此处碳与浓硫酸、浓硝酸的反应在后面的课中我们还会再讲到，这里同学们仅做了解即可。
二、碳和硅的氧化物
二氧化硅
二氧化碳
结构
空间网状立体结构，不存在单个分子
存在单个CO2分子
主要物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，
不溶于水
溶、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＝H2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱液
反应
SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O
CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O
或CO2＋NaOH＝NaHCO3
与盐反应
SiO2＋Na2CO3高温Na2SiO3＋CO2↑
Ca（ClO）2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO
与碱性氧
化物反应
SiO2＋CaO高温CaSiO3
CO2＋Na2O△Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
思考题：
1.实验室盛NaOH溶液的试剂瓶常用橡皮塞而不用玻璃塞，为什么？
2.SiO2既能与酸反应，又能与碱反应，它是两性氧化物吗？
随堂练习:
下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是（）
①在固态和液态时，导电性都很差
②能跟强碱反应，但不能与水反应
③硅与碳同属IVA族，故二氧化硅的物理性质与二氧化碳相似
④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物
A.④ B.②④ C.③④ D.①②③
思路导航：
二氧化硅是原子晶体，没有导电微粒，所以①正确；二氧化硅不能和水反应，所以②正确。
答案：
C
三、硅酸及硅酸盐
随堂练习：
下列不是水玻璃用途的是（ ）
A.肥皂填料B,木材防火剂
C.纸板黏胶剂D.建筑装饰材料
解析：
水玻璃是Na2SiO3溶液，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
答案：
D
四、传统无机非金属材料
硅酸盐产品
原料
主要设备
主要成分
水泥
石灰石、黏土
水泥回转窑
3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
玻璃
纯碱、石灰石、石英
玻璃窑
Na2O·CaO·6SiO2
陶瓷
黏土
陶瓷窑
Al2O3·2SiO2·2H2O
有色玻璃钢化玻璃
（加入不同的金属氧化物）普通玻璃加热接近熔化再急速冷却
五、新型无机非金属材料
生物陶瓷制造的人造骨
随堂练习:
下列说法不正确的是（）
A.陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料
B.生产普通水泥的原料是石灰石和黏土
C.玻璃是一种新型无机非金属材料
D.氮肥化硼（BN）陶瓷是一种新型无机非金属材料
思路导航：
玻璃属于传统无机非金属材料。
答案：
C
知识点1：
硅及硅酸盐
例题1有科学家认为：
硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”，下列有关硅可能成为新型能源的叙述中，不正确的是（）
A.自然界中存在大量单质硅
B.自然界中的硅易开采，且可再生
C.硅燃料便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是优质燃料
D.硅燃料燃烧放出的热量多，其燃烧产物对环境的污染容易有效地控制
思路导航：
Si元素在自然界中含量丰富，但由于硅具有亲氧性，自然界中无单质硅。
答案：
A
例题2下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中，不正确的是（）
A.水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥的掺料
C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性且不易燃烧
D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
思路导航：
Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。
硅酸的酸性比碳酸弱，所以硅酸钠溶液在空气中容易变质生成硅酸，在空气中发生反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3，故D不正确。
答案：
D
例题3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.①②③④⑤B.②③④
C.②④⑤D.①②④
思路导航：
过量CO2通入Na2SiO3、NaAlO2有白色沉淀H2SiO3、Al（OH）3产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：
Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3↓，生成的NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小而结晶析出；过量的CO2通入Ca（OH）2溶液中最终生成Ca（HCO3）2而无沉淀析出：
Ca（OH）2＋2CO2＝Ca（HCO3）2。
答案：
B
知识点2：
SiO2和硅酸的性质与用途
例题1下列有关SiO2的叙述，正确的是（）
A.SiO2不与任何酸反应
B.玻璃中含有SiO2，所以不能用玻璃瓶盛装稀氢氧化钠溶液
C.SiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应
D.SiO2能与水反应生成硅酸
思路导航：
A项，SiO2可与氢氟酸反应，B项，可用玻璃瓶盛装稀NaOH溶液，但不能用玻璃塞，D项，SiO2不与水反应。
答案：
C
例题2下列说法错误的是（）
A.硅是制造太阳能电池的常用材料
B.二氧化硅是制造光导纤维的材料
C.常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等起反应
D.水玻璃可用作木材防火剂
思路导航：
常温下硅的化学性质不活泼。
答案：
C
例题3能证明硅酸的酸性弱于碳酸的实验事实是（）
A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D.CO2是气体，而SiO2是固体
思路导航：
根据较强酸制较弱酸的原理，向可溶性硅酸盐溶液中通入CO2生成硅酸，可证明H2CO3的酸性强于硅酸。
答案：
B
例题4为确定HCl、H2CO3、H2SiO3酸性的强弱，某学生设计了如图所示的装置，一次实验即可达到目的（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，分液漏斗所盛试剂应为________。
（2）装置B所盛的试剂是____________________________________________，其作用是_________________________________________________________________。
（3）装置C所盛试剂是_____________________________________________________，
C中反应的离子方程式是___________________________________________________。
（4）由此得到的结论是：
酸性______>______>______。
思路导航：
根据强酸＋弱酸盐―→弱酸＋强酸盐可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛放Na2CO3固体，根据Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑可以知道HCl的酸性强于H2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3，由此判断酸性H2CO3>H2SiO3，但需注意的是A中反应会有HCl气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前需将HCl气体吸收，但不能吸收CO2，故可选用饱和NaHCO3溶液。
答案：
（1）盐酸
（2）饱和NaHCO3溶液吸收HCl气体
（3）Na2SiO3溶液SiO
＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋CO
（4）HClH2CO3H2SiO3
知识点3：
硅及其化合物的推断和相互转化
例题1下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）
A.CO2→H2CO3B.SiO2→Na2SiO3
C.Na2O2→Na2CO3D.SiO2→H2SiO3
思路导航：
由于SiO2不溶于水也不与水反应，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2与强碱反应制得可溶性硅酸盐后，再与酸反应才能制得H2SiO3。
答案：
D
例题2A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如图所示。
A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。
请填空：
（1）形成单质A的原子的结构示意图为_________，它的最高化合价为________。
（2）B的化学式（分子式）为________。
B和碳反应生成A和E的化学方程式是__________________________________。
（3）C的化学式为________，D的化学式为________。
思路导航：
由“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”可知A是硅，据图可初步假定B是SiO2，然后代入转化关系中进行验证。
答案：
（1）
＋4
（2）SiO2SiO
2＋2C
Si＋2CO↑
（3）CaSiO3Na2SiO3
例题3A、B、C、D四种物质都含有同种元素且有如图所示转化关系。
试回答下列问题：
（1）若A是一种常见非金属，写出下列反应的方程式。
①B→D的化学方程式：
________________________。
②A→C的离子方程式：
________________________________________________。
（2）若A是一种常见金属，写出下列反应的方程式。
①A→D的离子方程式：
__________________________________________。
②B→C的化学方程式：
________________________________________________。
思路导航：
根据图示关系，单质A及其氧化物B均既能与酸反应，又能与碱反应。
若A为非金属，则A为Si，B为SiO2，C为Na2SiO3，D为SiF4，若A为金属，既能与酸反应，又能与碱反应的为Al，B应为Al2O3，C为NaAlO2，D为AlCl3或Al2（SO4）3。
答案：
（1）①SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O②Si＋2OH－＋H2O＝SiO32－＋2H2↑
（2）①2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑②Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O
知识点4：
无机非金属材料
例题1《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料的成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（）
A.可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B.性质稳定，不易脱色
C.易溶解于强酸和强碱
D.x等于6
思路导航：
硅酸铜钡属于硅酸盐，不易溶于强碱，根据正负化合价代数和为0，可求得x＝6。
答案：
C
例题2我国成功地发射了嫦娥一号探月卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。
月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5cm厚的沙土就含单质铁上亿吨，月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[（Mg，Fe）2SiO4]等，下列说法或分析不正确的是（）
A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿
B.斜长石的氧化物形式可表示为：
K2O·Al2O3·6SiO2
C.橄榄石中铁为＋2价
D.月球上有游离态的铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱
思路导航：
铁的活动性是不会改变的，由于月球上没有氧气，故在月球上存在游离态的铁。
D项错误。
答案：
D
例题3世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：
“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。
”下列有关普通玻璃的说法不正确的是（）
A.制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B.玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
思路导航：
普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A项正确。
玻璃是混合物，没有固定的熔点，B项错误。
普通玻璃的大致组成为：
Na2O·CaO·6SiO2，C项正确。
二氧化硅易与碱液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不得用玻璃塞，D项正确。
答案：
B
例题（福建）下表各组物质中，满足如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
思路导航：
A：
Na
NaOH
NaHCO3，NaHCO3不能直接反应生成Na，A错。
B：
Cu
CuSO4
Cu（OH）2，Cu（OH）2不能直接反应生成Cu，B错。
C：
C
CO
CO2
C，C对。
D：
Si
SiO2
Na2SiO3
H2SiO3，SiO2不能直接反应生成H2SiO3，D错。
答案：
C
碳、硅元素单质及其化合物的“反常现象”
1.一般情况下，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。
2.一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3.一般情况下，较强氧化剂＋较强还原剂→较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂，如：
SiO2＋2C高温Si＋2CO↑，Fe2O3＋3C高温Fe＋3CO↑。
4.一般情况下，非金属很难与强碱溶液反应，而Si作为非金属却可以和NaOH溶液反应，放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
5.一般情况下，较活泼金属＋酸→盐＋氢气，而Si作为非金属，却能与氢氟酸反应生成氢气：
Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
6.一般情况下，碱性氧化物＋酸→盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却有与氢氟酸发生反应：
SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
7.一般情况下，较强酸＋较弱酸盐→较弱酸＋较强酸盐，虽然酸性：
H2CO3＞H2SiO3，却能发生如下反应：
SiO2＋Na2CO3高温Na2SiO3＋CO2↑
8.一般情况下，非常活泼金属才能够置换出水中的氢，但C＋H2O（g）高温CO＋H2
9.一般情况下，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO3＋H2O＝H2SO4，但SiO2不溶于水，不与水反应。
富集在海水中的元素——氯
一、预习新知
1.氯气的物理性质
氯气是一种色，有气味的气体。
密度比空气，溶于水，其水溶液叫做。
液态的氯单质叫做。
2.化学性质
（1）与金属反应：
Na＋Cl2——；
Cu＋Cl2——；
Fe＋Cl2——。
（2）与非金属反应
H2＋Cl2——。
实验现象：
氢气在氯气中继续燃烧，产生，集气瓶口有产生。
（3）与水反应
Cl2＋H2O——。
（4）与碱反应
氯气与强碱溶液反应的生成物是、和水，例如氯气与NaOH〔Ca（OH）2〕溶液反应的化学方程式为，（）。
漂白粉有很多种，通常所说的漂白粉其有效成分是，生产漂白粉的化学方程式是。
漂白粉敞口存放在潮湿的空气中容易失效，其原因是（用化学方程式表示），所以保存漂白粉的方法是。
3.次氯酸
次氯酸（）的主要性质有、、。
其不稳定性可用化学方程式表示为。
其氧化性使其常用作。
保存时应注意。
4.Cl－的检验
检验方法：
。
二、问题思考
1.比较Cu在Cl2中燃烧与H2在Cl2中燃烧的现象的共同点。
2.燃烧是否一定要有O2参加？
3.比较铁、硫、木炭在O2中燃烧与Cu、H2等在Cl2中燃烧的现象，找出共同的特点，并由此推论什么叫燃烧。
4.液氯与氯水的区别？
新制氯水和久置氯水的区别？
5.常用氯水作漂白剂，实际上发挥作用的是什么物质？
6.既然氯水可用来杀菌消毒，那么游泳池中是直接使用氯气消毒的吗？
7.既然氯水中真正起消毒杀菌作用的物质是次氯酸，而次氯酸又不稳定，那么工业上是如何解决存放和运输问题的呢？
8.为什么检验Cl－时，要先加几滴硝酸银溶液，再加几滴稀硝酸？
9.取少量KBr、KI溶液置于一洁净试管中，滴加少量的氯水后，再加入适量的CCl4，振荡后可观察到什么现象？
（答题时间：
30分钟）
一、选择题
1.
光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一。
瑞典皇家科学院宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得的突破性成就。
光导纤维的主要成分是（）
A.SiB.SiO2
C.Na2SiO3D.SiCl4
2.在一定条件下，既能跟二氧化碳反应，又能跟二氧化硅反应的是（）
A.NaHCO3溶液B.浓H2SO4
C.NaOH溶液D.氯气
3.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
4.下列不属于硅酸盐产品的是（）
A.陶瓷B.水泥
C.玻璃D.光导纤维
5.下列关于碳和硅的比较，正确的是（）
A.它们的最高价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
6.下列有关硅及其化合物的说法正确的是（）
A.晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料
B.常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在
C.SiO2是一种酸性氧化物，能够与水反应生成相应的酸
D.除去SiO2中混有的CaCO3可加入适量的稀盐酸
7.石灰石是许多工业的原料之一，但生产下列物质时不需要石灰石的是（）
A.硅酸B.水泥
C.玻璃D.生石灰
8.赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的，这种物质是（）
A.硫酸B.烧碱
C.盐酸D.氢氟酸
9.硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角色，被誉为无机非金属材料的主角。
下列物品的制造用到单质硅的是（）
A.玻璃制品B.石英钟表
C.计算机芯片D.光导纤维
10.假设原子晶体SiO2中的Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的Si原子被Al原子取代时可形成正长石，则正长石的化学组成为（）
A.KAlSi2O6B.KAlSiO4
C.KAlSi4O10D.KAlSi3O8
11.已知硅能与强碱溶液反应放出氢气，同时生成硅酸钠。
现有一种粗铝含铁、硅两杂质，取等质量的样品，分别投入足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液中，充分反应后都放出等量的氢气，则粗铝中铁和硅的物质的量之比为（）
A.1∶1B.2∶1
C.1∶2D.3∶1
12.蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。
现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸中，过滤后，向所得的沉淀物X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。
下列叙述错误的是（）
A.沉淀物X的成分是SiO2
B.溶液Y中的阳离子主要是Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋
C.蛇纹石成分中能溶于盐酸的都是碱性氧化物，不溶的是酸性氧化物
D.溶液Y中加入过量的NaOH溶液后过滤，滤液和沉淀中各含两种金属元素
二、非选择题
13.2002年9月16日，中国北京曙光公司研制出第一款具有我国自主知识产权的高性能CPU芯片—“龙芯”1号。
（1）“龙芯”芯片的主要化学成分是________。
（2）计算机长距离联网需使用传输信息很快的线路，其使用的材料叫________，主要化学成分是________。
（3）如果这种埋在地下的材料被裸露放置在碱性土壤中，则会造成断路，用离子方程式说明原因：
__________________________________________________________________。
14.矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的可溶部分生成的，此处的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。
例如长石（KAlSi3O8）风化生成黏土[Al2（Si2O5）（OH）4]，此时反应的离子方程式为：
2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O＝2K＋＋2HCO
＋4H2SiO3＋Al2（Si2O5）（OH）4
（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物的形式：
①KAlSi3O8：
___________________________________________________________；
②Al2（Si2O5）（OH）4：
_______________________________________________________。
（2）上述反应能够发生的原因是________
__________________。
15.X、Y、Z、W中均含有同种非金属元素，四者之间有如下图所示的转化关系：
（1）推断各物质的名称：
X________，Y________，Z________，W_______。
（2）写出化学方程式：
W→X__
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