高中化学 4.1机非金属材料的主角硅教材深解析 必修1.pdf

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1、 非非非金金金属属属及及及其其其化化化合合合物物物 第四章2 0 0 0年1 0月, 瑞典科学院宣布将当年诺贝尔物理学奖颁发给俄罗斯的Z. I . A l f e r o v等三位科学家, 以表彰他们为现代信息技术所做出的基础性贡献, 特别是他们发明的快速晶体管、 激光二极管和集成电路等。自1 9 5 4年科学家成功研制出世界上第一只硅晶体管,1 9 5 8年在半导体硅材料上制造了第一块集成电路( 芯片) , 硅半导体的使用, 引起了整个世界的巨大变革:1 9 4 6年美国研制的需要两层楼安放、 重达3 0吨的世界第一台计算机, 目前只需要一只火柴盒大的计算器就能替代; 而价廉、 质轻的许多硅

2、电子产品如手机、MP 4等则成为千家万户的寻常用品, 并时刻影响着人们的生活, 不断地改变着世界。2 0 0 5年3月, 在人民大会堂, 邓中翰代表“ 星光中国芯” 研发团队, 接受国家主席胡锦涛为他颁发的共和国最高奖励 国家科技进步一等奖。“ 中国芯” 的诞生彻底改写了蓬勃发展的中国信息技术业无“ 芯” 的历史。如今“ 中国芯” 已成功占领了计算机图像输入芯片市场的世界第一位。从此, 中国人可以用上“ 中国芯” , 并且, 世界上其他国家也将用上更多的“ 中国芯” !在科学技术不断发展的今天, 硅正成为高科技的代名词,而这些硅可能就来自某次你在海边戏耍时踩在脚底下的沙子。这些硅原子和你每天使

3、用的陶瓷、 你周围混凝土建筑中的硅原子没有任何差别!1 1 2种元素中, 非金属元素有2 2种, 而与生产生活紧密联系、 使用量大的非金属元素只有: 碳、 硅、 氯、 氧、 硫、 氮、 氢等七种。第一节 无机非金属材料的主角 硅(1) 作 为 不 活 泼 的 非 金 属 元 素, 硅 元 素 有 其 特 殊 的 性质 亲氧性, 又因其在自然界中的含量之高和广泛的用途,促使我们去探究二氧化硅的性质和用途; 对硅酸的认识要从其不溶性和弱酸性上去深刻认识。(2) 硅酸盐和硅单质部分的主要内容为硅酸钠的性质, 对陶瓷、 水泥、 玻璃只是作了简单介绍。对于硅单质的认识, 可联系金刚石的立体网状结构去认识

4、其重要的性质, 另外, 可结合教材课后习题9了解硅单质的制备原理。 第二节 富集在海水中的元素 氯(1) 本节在学习氯气化学性质时要联系氯原子的结构特点, 对氯气与水的反应原理可从氯元素化合价变化的角度认识变化的实质, 掌握好这一点对顺利理解下一课时要学习的氯气与碱溶液反应的原理也大有帮助。本节的一个难点就是对于HC l O漂白性的认识, 要注意与氯气的氧化性的区别。(2) 对于C l-的检验, 可联系比较S O2-4、C O2-3、HC O-3的检验, 以提升对知识的整合能力。第三节 硫和氮的氧化物(1) 对于硫的氧化物, 可先复习酸性氧化物的通性, 之后可将氧化物按性质进行总结, 以提升对

5、氧化物性质的认识; 另一个重点就是对二氧化硫的漂白性原理要深刻理解, 然后可联系新制氯水、 过氧化钠等氧化性漂白的物质, 对物质的漂白性作一总结。(2) 氮的氧化物主要介绍了N O、N O2的性质, 然后学习由S O2、 氮氧化物引起的空气污染及防治措施。对造成环境污染的因素和防治措施要注意联系实际, 在平时的生活中做保护环境的“ 小卫士” 。第四节 氨 硝酸 硫酸(1) 对于氨的有关知识可谓内容繁杂, 要注意学习的条理性, 宜按照氨的性质铵盐的性质氨的实验室制法的顺序学习。另外要注意在氨水中虽有多种溶质, 但在计算氨的质量分数和物质的量浓度时, 仍只按氨气来计算。(2) 关于硫酸的氧化性要重

6、点把握好如下内容:浓硫酸具有不同于稀硫酸的性质是由于其中+ 6价的硫元素在遇到还原性物质时易被还原成+ 4价的硫;在与其他物质反应时, 随反应的进行, 硫酸浓度逐渐变小, 会引起性质的一系列改变。(3) 硝酸的氧化性部分的重点就是浓、 稀硝酸与金属铜的反应, 其中硝酸的作用有二: 强氧化性、 酸性, 浓硝酸的还原产物一般为二氧化氮, 稀硝酸的还原产物一般为一氧化氮, 且硝酸浓度越大, 氧化性越强。另外就是要注意NO-3在酸性条件下的氧化性, 解决具体问题时, 硝酸的氧化性一般不会被人所忽视, 但硝酸盐在酸性条件下( 实际上“N O-3+H+” 就是硝酸)的氧化性易被人忽视。如在氯化亚铁溶液中滴

7、加硝酸溶液,能发生氧化还原反应, 换个角度, 硝酸亚铁溶液中滴加盐酸溶液也能发生氧化还原反应。第四章 非金属及其化合物 第一节 无机非金属材料的主角 硅 1.知道硅元素在自然界中以S i O2及硅酸盐的形式存在, 知道硅是良好的半导体材料, 能说出它的主要用途。 2.了解二氧化硅的存在与应用, 了解其与氢氟酸、 碱性氧化物、 强碱的反应。了解陶瓷、 玻璃、 水泥等硅酸盐产品的用途。 3.通过实验探究硅及其重要化合物的主要性质, 认识其在生产中的应用。初步构建硅及其化合物知识网络。 要点1 硅在自然界中的存在(1) 硅在地壳中的含量占第二位, 仅次于氧。硅是一种亲氧元素, 在氧化气氛包围的地球上

8、, 硅主要以熔点很高的氧化物及硅 酸 盐 的 形 式 存 在。因 此 硅 是 以 化 合 态 存 在 于 自 然界中。(2) 硅的原子结构示意图为, 最外层有4个电子, 与碳一样, 其原子既不易失去电子也不易得到电子, 主要形成四价的化合物。而碳的化学性质很稳定, 能以多种碳的单质存在于自然界中。 【 案例1】 下列关于元素或物质的存在说法不正确的是( ) 。A.多数金属元素以化合态存在, 原因是多数金属性质活泼B.碳元素在自然界中既有游离态又有化合态C.硅元素只以化合态存在于自然界中, 因硅元素有亲氧性D.铜元素性质不活泼, 所以自然界中有游离态的铜存在 【 精析】 在自然界中以游离态存在的

9、金属元素很少, 如金等, 铜元素以化合态形式存在。 【 解答】 D 要点2 二氧化硅(1)S i O2的存在形式S i O2硅石: 天然二氧化硅石英: 结晶的二氧化硅水晶: 无色透明的晶体玛瑙:具有彩色环带状或层次沙子:含有小粒的石英晶体(2)S i O2的结构每个S i原子与周围的4个O原子相结合, 每个O原子与2个S i原子相结合。实际上, 二氧化硅晶体是由S i原子和O原子按12的比例所组成的立体网状的晶体, 我们通常用“S i O2” 表示二氧化硅的组成。 (3) 化学性质与氢氟酸(HF) 反应 H F是唯一可以与之发生反应的酸:S i O2+4 HFS i F4+2 H2O( 可以用

10、来雕刻玻璃) ;S i O2作为酸性氧化物可以与强碱、 碱性氧化物反应, 但与水不反应。与碱反应:S i O2+2 N a OHN a2S i O3+H2O( 盛碱的试剂瓶用橡皮塞而不能用玻璃塞) ;与碱性氧化物反应:S i O2+C a O高温C a S i O3。(4) 二氧化硅的用途以S i O2为主要成分的沙子仍是基本的建筑材料;电子工业的重要部件、 光学仪器;是信息高速公路的骨架 光导纤维的主要成分;用石英、 玛瑙制作工艺饰品。 关键提醒 (1) 实验室使用的石英坩埚和瓷坩埚不能用来加热N a OH, 这是因为石英坩埚和瓷坩埚中含有S i O2, 可与N a OH发生反应:S i O

11、2+2 N a OHN a2S i O3+H2O。(2) 盛放N a OH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞, 因为玻璃中含有S i O2, 可与N a OH反应生成具有黏性的N a2S i O3, 使瓶塞不易打开。 【 案例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 【 精析】 二氧化硅不溶于水, 不能与水直接反应制得硅酸, 更谈不上“ 所得溶液能使紫色石蕊溶液变为红色” , 显然A项不

12、正确; 由硅酸酸性比碳酸弱的规律可知, 二氧化碳通入水玻璃可得硅酸, 符合强酸制弱酸的规律, 因此,B项正确; 高温时, 二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳, 只能说明二氧化碳易挥发, 不能说明硅酸的酸性比碳酸强, 故C项错误; 二氧化硅是酸性氧化物, 不溶于一般的酸溶液, 但能与氢氟酸溶液反应而溶解,D项也不正确。 【 解答】 B顿有所悟 在解答“ 有关物质的性质和用途的说法是否正确” 这类考题时, 除了应该掌握常见物质的重要性质和用途外, 还应当全面地了解相关物质的所有性质和用途, 尤其是那些并不常见的性质和用途, 往往是我们最容易忽视的。这类题目的难度并不是很大, 但如果我们对物质的某一性

13、质或用途还不够熟悉, 就有可能解错。此外, 我们一定要看清题目中的要求, 不能粗心大意。 要点3 硅酸(1) 硅酸是一种很弱的酸, 其酸性比碳酸还弱, 溶解度很小。硅酸容易聚合形成硅酸溶胶, 硅酸浓度较大时, 则形成软而透明的、 胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干凝胶, 称为“ 硅胶” 。硅胶常用作食品等的干燥剂, 也可用作催化剂的载体。第一节 无机非金属材料的主角 硅(2) 【 实验4 - 1】 硅酸的制备现 象在饱和N a2S i O3溶液中, 滴加酚酞溶液呈红色。逐滴加入稀盐酸, 有透明的凝胶产生,溶液红色逐渐变浅, 最后完全褪色结 论在饱和N a2S i O3溶液中, 滴

14、加稀盐酸, 生成硅酸凝胶化学方程式N a2S i O3+2 HC lH2S i O3+2 N a C l 【 案 例3】 能 证 明 碳 酸 的 酸 性 比 硅 酸 强 的 事 实 是( ) 。A. C O2溶于水生成碳酸,S i O2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸B.在高温条件下,S i O2和N a2C O3能发生反应:S i O2+N a2C O3高温N a2S i O3+C O2C. S i O2的熔点比C O2高D. C O2通入N a2S i O3稀溶液中, 生成白色胶状沉淀, 所生成的H2S i O3逐渐聚合而形成硅酸溶胶【 精析】 B项是酸性氧化物与盐反应, 而不是酸与盐反

15、应, 并且它是在高温下进行的熔融反应, 由于C O2气体逸出才使得此反应进行, 与复分解反应条件相同;D项中是较强的酸与较弱酸的盐溶液反应生成较强酸的盐和较弱酸的复分解反应,这是该类复分解反应发生的条件。 【 解答】 D 要点4 硅酸盐(1) 概念: 硅酸盐是由硅、 氧和金属组成的化合物的总称。(2) 最简单的硅酸盐 硅酸钠(N a2S i O3) 【 实验4 - 2】实验操作实验现象结 论浸过 蒸 馏 水 的 滤 纸条, 当水分蒸发后就燃烧起来水 浸 过的 木 材不防火浸 过 饱 和N a2S i O3溶液的滤纸条, 水分蒸干后并不燃烧用N a2S i O3水溶液浸泡物质可防火 物理性质:

16、可溶于水, 其水溶液俗称水玻璃。化学性质与比硅酸酸性强的一些酸反应, 生成难溶于水的硅酸。如:N a2S i O3+2 HC l2 N a C l +H2S i O3。不能燃烧, 不易腐蚀, 热稳定性良好。用途: 制备硅胶和木材防火剂。(3) 硅酸盐的表示方法规律: 通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成。硅酸盐中的S i元素, 以S i O2的形式表示, 金属元素如N a、K、M g、A l、C a等, 以它们常见的氧化物形式表示,H元素以H2O的形式表示。氧化物的顺序一般是按金属活动性顺序写出各氧化物二氧化硅水。方法: 找出组成元素; 写成氧化物的形式; 注意原子守恒; 检查有无遗漏。注意:

17、 氧化物之间以“ ” 隔开。系数配置出现分数时应化为整 数。例 如:KA l S i3O8( 正 长 石) 不 能 写 成12K2O12A l2O33 S i O2, 应写成K2OA l2O36 S i O2。(4) 陶瓷、 玻璃和水泥的比较产品名称生产原料主要设备陶瓷黏土玻璃纯碱、 石灰石、 石英玻璃窑水泥黏土、 石灰石水泥回转窑 (5) 新型含硅物质主要包括:具有金刚石结构的碳化硅(S i C, 俗称金刚砂) ;具有很高导磁性的硅钢;既耐高温又耐低温的硅橡胶;人工制造的分子筛主要用作吸附剂和催化剂等。 【 案例4】 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

18、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【 精析】 N a2S i O3的水溶液叫水玻璃, 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:N a2S i O3+C O2+H2OH2S i O3+N a2C O3, 故D项不正确。 【 解答】 D 要点5 硅单质(1) 分类: 晶体和无定形两种。(2) 晶体硅的物理性质: 晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体, 熔点高、 硬度大、 有脆性。晶体硅的导电性介于导体和绝

19、缘体之间, 是良好的半导体材料。(3) 晶体硅的制备粗硅的制备:S i O2+2 C高温S i +2 C O粗硅的提纯:S i( 粗)C l2S i C l4H2S iS i( 粗)+2 C l2S i C l4 S i C l4+2 H2高温S i + 4 H C l(4) 硅的用途用作半导体材料, 作硅芯片促进信息技术革命;制造光电池, 将光能转换为电能, 是极有发展前景的新型能源。 【 案例5】 下列说法正确的是( ) 。A.硅材料广泛用于光纤通讯B.工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C.水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应第四章 非金属及其化合物 【

20、精析】 刻蚀石英玻璃制艺术品是用氢氟酸; 水晶项链的主要成分是S i O2, 而不是硅酸盐; 粗硅制取单晶硅的过程中有硅从0价变为+4价和从+ 4价变为0价的过程出现, 也就是说一定有氧化还原反应发生; 制造光纤的材料是S i O2, 是一种硅材料。 【 解答】 A 拓展点1 二氧化碳与二氧化硅的比较二氧化碳二氧化硅主要存在环境空气岩 石 中, 石 英、 沙子 和 硅 藻 土 都 含有S i O2物理性质熔沸点低, 常温下是气体, 能溶于水硬度大, 熔点高的固体, 不溶于水化学性质与水反应C O2+ H2OH2C O3与酸反应S i O2+4 HFS i F4+2 H2O与N a OH反应C

21、O2+2 N a OHN a2C O3+H2OS i O2+2 N a O HN a2S i O3+H2O与C a O反应C O2+ C a OC a C O3S i O2+C a O高温C a S i O3用 途人工降雨光导纤维 关键提醒 二氧化碳与二氧化硅性质的不同主要是由于其结构的不同决定的, “C O2” 可称为1个二氧化碳分子, 而“S i O2” 却不能表示1个二氧化硅分子, 只能表示该晶体中硅、氧原子的个数比为12。 【 案例6】 下列物质的变化, 不能通过一步化学反应完成的是( ) 。A. S i O2N a2S i O3 B. S i O2H2S i O3C. S i O2C

22、 a S i O3D.N a2S i O3S i O2 【 精析】 S i O2是酸性氧化物, 能与碱或碱性氧化物反应生成盐, 所以A、C项可行; 二氧化硅不能和水反应生成对应的酸, 所以B项不能进行;N a2S i O3稳定, 受热不分解, 所以D项不能进行。 【 解答】 B、D 拓展点2 硅酸的制备及其弱酸性S i O2难溶于水, 不能与水发生反应, 在制备硅酸时应先制备可溶 性 硅 酸 盐, 如S i O2+2 N a OHN a2S i O3+ H2O,N a2S i O3+2 HC l2 N a C l +H2S i O3或N a2S i O3+C O2+H2ON a2C O3+H2

23、S i O3或N a2S i O3+2 C O2+2 H2O2 N a HC O3+H2S i O3。可参考如下实验装置, 同时能证明酸性: 盐酸碳酸硅酸。 关键提醒 硅酸制备过程中利用了复分解反应的一般规律: 较强的酸可制取较弱的酸。【 案例7】 下列关于硅酸的叙述, 错误的是( ) 。A.硅酸是一种很弱的酸B.硅酸可由二氧化硅与水反应制得C.硅酸不稳定, 加热脱水会生成二氧化硅D.硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得 【 精析】 二氧化硅对应的酸虽然是硅酸, 但是由于二氧化硅不溶于水也不与水反应, 所以B项错误。 【 解答】 B 拓展点3 硅及其化合物的特性(1)S i的还原性大于C, 但

24、C却能在高温条件下还原出S i:S i O2+ 2 C高温S i + 2 C O。(2) 非金属单质与碱反应一般无氢气放出, 但S i可以:S i +2 N a OH+H2ON a2S i O3+2 H2。(3) 非金属单质一般不与无氧酸反应 , 但S i可以与H F作用:S i +4 H FS i F4+ 2 H2。(4) 非金属单质一般为非导体, 但S i可以作为半导体。(5)S i O2是硅酸的酸酐, 但不溶于水, 不能直接与水作用生成硅酸。(6) 非金属氧化物的熔点一般较低, 但二氧化硅的熔点很高。(7) 酸性氧化物一般不与酸反应, 但S i O2可以与H F作用:S i O2+ 4

25、H FS i F4+ 2 H2O。(8) 硅酸不溶于水。 【 案例8】 下列说法中不正确的是( ) 。A.因S i O2不溶于水, 故H2S i O3不是S i O2对应的酸, 或者说S i O2不是H2S i O3的酸酐B . C O2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸沉淀C. S i O2是一种空间立体网状的晶体, 熔点高、 硬度大D.氢氟酸能够雕刻玻璃, 故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸 【 精析】 S i O2中S i为+ 4价,H2S i O3中S i也为+4价, 且H2S i O3S i O2+ H2O, 故A项 错 误;B项 发 生 的 反 应 是N a2S i O3+C O2( 少量)+H2

26、OH2S i O3+N a2C O3;D项发生的反应是S i O2+ 4 H FS i F4+2 H2O。 【 解答】 A第一节 无机非金属材料的主角 硅 拓展点4 碳和硅的比较碳硅氧化物化学式的意义C O2可表示二氧化碳的分子组成S i O2不 能 表 示 二氧化 硅 的 分 子 组成, 仅表示二氧化硅中硅原子和氧原子的个数比为1 2单质的化学性质与氧气反应C+O2点燃C O2S i +O2S i O2与氧化物反应C+ 2 C u O高温C O2+C u2 C+S i O2高温2 C O+S i与氧化性酸反应C+4 HN O3( 浓)C O2+4 N O2+2 H2OC+2 H2S O4(

27、浓)C O2+2 S O2+2 H2O不与HN O3、H2S O4反应, 但能与H F反应:S i +4 H FS i F4+2 H2与水或碱溶液反应C+H2O(g)高温C O+H2S i +2 N a OH+H2ON a2S i O3+2 H2 【 案例9】 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 界存 在形 式 都 是 既 有 游 离 态 也 有 化合态 【 精析】 S i O2不溶于水也不与水反应,A项不正确; 在地壳中含量第一的是氧元素, 硅占第二

28、位,C项不正确; 自然界中有游离态的碳( 金刚石) , 但是没有游离态的硅, 因为硅是一种亲氧元素,D项不正确。 【 解答】 B顿有所悟 虽然碳比硅活泼, 但是由于硅是亲氧元素,所以碳在自然界中有单质, 而硅只能以化合态存在。 综合应用题 【 例1】 ( 要点5)(2 0 0 9四川卷)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是( ) 。A.氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B. C6 0属于原子晶体、 用于制造纳米材料C.纤维素乙酸酯属于天然高分子材料D.单晶硅常用于制造光导纤维 【 精析】 C6 0是分子晶体, 纤维素乙酸酯不是高分子材料, 二氧化硅常用于制造光导纤维, 选

29、项B、C、D错。 【 解答】 A 探究创新题 【 例2】 ( 要点5) 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(S i HC l3) 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:石英砂焦炭高温粗硅HC l5 7 3K以上S i HC l3( 粗)精馏S i HC l3( 纯)H213 5 7K高纯硅写出由纯S i HC l3制备高纯硅的化学反应方程式: 。整个制备过程必须严格控制无水无氧。S i HC l3遇水剧烈反应生成H2S i O3、HC l和另一种物质, 写出配平的化学反应方程式: ;H2还原S i HC l3过程

30、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 【 精析】 S i3N4为原子晶体( 选修3学习, 可先了解) , 熔点高,B正确; 光导纤维的材料为S i O2,C正确; 普通玻璃的主要成分为硅酸钠、 硅酸钙和二氧化硅, 它是以石英砂、 石灰石和纯碱为主要原料制成的, 没有固定的熔点; 常

31、温下,S i只能与唯一一种酸 H F反应,E错误。 【 解答】 (1)S i HC l3+H2高温S i +3 HC lS i HC l3+3 H2OH2S i O3+H2+3 HC l 高温下,H2遇O2可能发生爆炸; 氧气可能会氧化S i HC l3(2)B、C夯基固本1.( 要点4) 下列物质属于纯净物的是( ) 。A.陶瓷 B.玻璃C.二氧化硅D.水泥2.( 要点5) 下列各物质与其用途对应不正确的是( ) 。A.硅 变压器的铁芯B.硅胶 干燥剂C.石英 光导纤维D.硅酸钙 黏合剂3.( 要点4) 下列不属于传统硅酸盐产品的是( ) 。A.玻璃B.水泥C.光导纤维D.陶瓷4.( 要点2

32、) 玻璃的主要成分之一是二氧化硅, 能在玻璃上进行刻蚀, 将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是( ) 。A.烧碱B.纯碱C.氢氟酸D.盐酸5.( 要点2) 将固态的氢氧化钠加热至熔融状态,可选用的器第四章 非金属及其化合物 皿是( ) 。A.铁坩埚B.石英坩埚C.铝坩埚D.蒸发皿6.( 要点4) 能用磨口塞玻璃瓶存放的试剂是( ) 。A.烧碱溶液B.浓硝酸C.氢氟酸D.硅酸钠溶液7.( 要点4) 下列不是水玻璃用途的是( ) 。A.肥皂填料B.木材防火剂C.黏合剂D.建筑装饰材料8.( 要点2) 下列物质:氢氟酸、浓H2S O4、烧碱溶液、N a2C O3固体、氧化钙、浓HNO3, 其中在一定条件

33、下能与S i O2反应的有( ) 。A.B.C.D.全部9.( 要点2) 关于二氧化硅, 下列叙述中不正确的是( ) 。A.二氧化硅晶体是一种质硬难溶的晶体B.二氧化硅不溶于水, 也不能与水反应生成酸C.二氧化硅是一种酸性氧化物, 它不与任何酸反应D.二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别1 0.( 要点5) 用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置, 足见化学对现代物质文明的重要作用。例如:(1) 计算机芯片的主要成分是 。(2) 光导纤维的主要成分是 。(3) 目前太阳能电池应用最多的光电转化材料是 。(4) 用作吸附剂、 干燥剂、 催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是

34、一类称为 的化合物。1 1.( 要点5) 获取知识和信息是现代人不可缺少的素质, 信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。(1) 光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维, 利用光缆通讯能同时传输大量信息。制造光纤电缆的主要原材料的化学式是 , 它属于 材料。(2) 信息产业的核心材料是高纯度的硅, 单晶硅可用来制作大规模集成电路、 整流器等, 硅纯度越高, 大规模的集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法之一是 用 金 属 硅 化 物 (M g2S i) 与 盐 酸 作 用 得 到 硅 烷(S i H4) , 再热分解硅烷即可得到高纯硅。写出上述方法中, 生产高纯硅的两个化学方程式: ,

35、。综合应用1 2.( 要点2) 下列有关实验的说法正确的是( ) 。A.除去铁粉中混有的少量铝粉, 可加入过量的氢氧化钠溶液, 完全反应后过滤B.为测定熔融氢氧化钠的导电性, 可在瓷坩埚中熔化氢氧化钠固体后进行测量C.制备F e(OH)3胶体, 通常是将F e(OH)3固体溶于热水中D.某溶液中加入盐酸能产生使澄清石灰水变浑浊的气体, 则该溶液中一定含有C O2-31 3.( 拓展点3) 下列关于硅和硅的化合物的叙述, 不正确的是( ) 。二氧化硅的晶体结构与金刚石相似, 都是立体网状结构硅是地壳中含量最多的非金属元素晶体硅是良好的半导体材料二氧化硅是制造光导纤维的重要原料S i O2分子是由

36、两个氧原子和一个硅原子组成的S i O2是酸性氧化物, 它可溶于水生成硅酸A.B.C.D.1 4.( 要点4) “ 神舟六号” 飞船实现了载人航天, 标志着我国航天技术达到了世界先进水平, 飞船应用了许多尖端的合成材料。据报导我国科学家近年来研制出一种新型“ 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( ) 。A.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1 5.( 要点5) 科学家提出: “ 硅是2 1世纪的能源, 未来的石油。 ”假如硅作为一种普遍使用的新能源被开发利用, 下列关于

37、其有利因素的叙述中, 你认为错误的是( ) 。A.硅便于运输、 贮存, 从安全角度考虑, 硅是最佳燃料B.自然界中存在大量的硅单质C.硅燃烧时放出大量的热量, 且燃烧产物对环境污染程度低, 容易有效控制D.硅作为能源, 可以再生1 6.( 要点4) 有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是( ) 。A.高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点, 但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, 它不与任何无机酸反应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1 7.( 拓展点4) 高温下的反应S i O2+3

38、C高温S i C+2 C O中,氧化剂和还原剂的质量比为( ) 。A. 12B. 21C. 13D. 531 8.( 拓展点3) 下列说法正确的是( ) 。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化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐提前建成的三峡大坝使用了大量水泥, 水泥是硅酸盐材料碳化硅俗称金刚砂, 具有金刚石的结构, 硬度大, 可作砂轮的磨料太阳能电池可采用硅材料制作, 其应用有利于环保、节能A.B.C.D.第一节 无机非金属材料的主角 硅1 9.( 要点4) 下列说法正确的是( ) 。A.陶瓷、 玻璃、 水泥都是硅酸盐产品B

39、.水晶、 玛瑙、 石英、 石棉的主要成分都是S i O2C. S i O2很稳定, 与所有的酸都不反应D.将石棉(C a M g3S i4O1 2) 的化学式改写成氧化物的形式:3(M g OC a O) 4 S i O22 0.( 拓展点3) 下列离子方程式正确的是( ) 。A.水玻璃中加盐酸:S i O2-3+2 H+H2S i O3B.小苏打与烧碱溶液反应:HC O-3+OH-C O2-3+H2OC.石灰石溶于盐酸:C O2-3+2 H+H2O+C O2D.石英溶于N a OH溶液:S i4+2 O2-+2 OH-S i O2-3+H2O2 1.( 要点2) 证明生石灰中既混有石英, 又

40、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2 2.( 拓 展 点1)将 过 量 的C O2分 别 通 入C a C l2溶 液;N a2S i O3溶液;N a A l O2溶液;饱 和N a2C O3溶 液;C a(OH)2溶 液。最 终 溶 液 中 有 白 色 沉 淀 析 出 的 是( ) 。A.B.C.D.2 3.( 要点4) 下列物质久置空气中(

41、不考虑水分蒸发或吸收空气中的水分) 变质, 且能析出固体, 加入硝酸时固体不溶解的是( ) 。A.澄清石灰水B.水玻璃C.盐酸D.氯化钙溶液2 4.( 要点2) 某学生兴趣小组想利用高岭土( 其主要成分是A l2O32 S i O22 H2O) 来制取新型净水剂( 铝的化合物) ,其步骤如下: 将土样和纯碱混合均匀, 加热熔融, 冷却后用水浸取熔块, 过滤, 弃去残渣, 滤液用盐酸酸化, 经过滤, 分别得到沉淀和溶液, 溶液即为净水剂。(1) 写 出熔 融时 其主 要 成 分 与 纯 碱 反 应 的 化 学 方 程 式(A l2O3与 纯 碱 反 应 和S i O2与 纯 碱 的 反 应 类

42、似) : ; 。最后的沉淀物是 ; 生成该沉淀的离子方程式为 。(2) 本实验在熔融土样时, 应选用 坩埚( 实验室的坩埚有: 瓷坩埚、 石英坩埚、 普通玻璃坩埚、 氧化铝坩埚和铁坩埚) 。2 5.( 要点4)A、B、C、D、E代表单质或化合物, 它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。B 加碳 高温A+E 加氧化钙 高温 C 加氢氧化钠 加热D+H2O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 。探究创新2 6.( 要点4, 拓展点1

43、)A、B、C为三种不溶于水的透明固体。A在氧气中燃烧时可生成一种无色、 无臭的气体D, 且D的密度为同温同压下氢气密度的2 2倍;B与苛性钠溶液反应可生成盐E,E的水溶液中通入D的气体可析出白色胶状沉淀, 此沉淀溶于苛性钠溶液也得到盐E;C是B与石灰石、 纯碱按一定比例熔合成的无固定熔点的物质。(1) 推断AE五种物质:A的名称为 ,B的名称为 ,C的 名 称 为 ,D的化学式为 ,E的化学式为 。(2) 写出离子方程式:BE ;E+C O2 。2 7.( 要点2) 从铝土矿( 主要成分是A l2O3, 含S i O2、F e2O3、M g O等杂质) 中提取氧化铝的两种工艺流程如下: 请回答

44、下列问题:(1) 流程甲加入盐酸后生成A l3+的离子方程式为 。(2) 流程乙加入烧碱后生成S i O2-3的离子方程式为 。(3) 验证滤液B含F e3+, 可取少量滤液并加入 ( 填试剂名称) 。(4) 滤液E、K中溶质的主要成分是 ( 填化学式) ,写出该溶质的一种用途: 。 参考答案与点拨1. C 提示: 玻璃的主要成分为N a2S i O3、C a S i O3和S i O2。水泥的 主 要 成 分 为3 C a OS i O2、2 C a OS i O2和3 C a OA l2O3。2. D 提示: 水玻璃即N a2S i O3的水溶液, 有胶黏作用, 可作黏合剂。3. C 提示

45、: 光导纤维属于新型无机非金属材料。4. C 提示: 氢氟酸腐蚀玻璃, 发生如下反应:4 H F+S i O2S i F4+2 H2O。5.A 提示: 石英坩埚、 蒸发皿中均含S i O2, 发生反应:S i O2+2 N a OHN a2S i O3+H2O; 铝坩埚:2 A l +2 N a OH+2 H2O2 N a A l O2+3 H2, 均因反应而使坩埚受腐蚀。6. B 提示: 与S i O2反应的溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶盛第四章 非金属及其化合物 放。氢氟酸能刻蚀玻璃:S i O2+4 HFS i F4+2 H2O;S i O2+2 N a OHN a2S i O3+2 H2O

46、, 因反应不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放; 硅酸钠的水溶液有黏合作用, 会把瓶子和塞子黏在一起。7. D 8. C9. C 提示:S i O2晶体是一种质地坚硬的晶体, 不溶于水, 也不能与水直接反应而生成H2S i O3;H2S i O3是利用可溶性硅酸盐与酸的反应制取;S i O2虽然是酸性氧化物, 但它可以与氢氟酸发 生 反 应, 这 是 它 的 特 性:S i O2+4 H FS i F4 +2 H2O, 氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质。1 0.(1) 硅( 或S i或单晶硅) (2) 二氧化硅( 或S i O2)(3) 硅( 或S i) (4) 铝硅酸盐( 或硅铝酸盐)1 1.(

47、1)S i O2 新型无机非金属(2)M g2S i +4 HC l2 M g C l2+S i H4 S i H4S i +2 H21 2.A 提示: 本题考查了物质的提纯与分离、 常见物质的制备、 离子的鉴别与检验等基本实验操作。A项中铝能溶解于N a OH溶液生成N a A l O2, 铁不溶解, 过滤可得纯铁粉,A项正确。B项中瓷坩埚中含有S i O2, 加热时能与N a OH固体反 应:S i O2+2 N a OHN a2S i O3+H2O。C项 中F e(OH)3胶体的制备是将饱和F e C l3溶液加入到沸水中。D项的溶液中可能含有HC O-3。1 3. D 提示: 地壳中含

48、量最多的非金属元素为氧;S i O2只是晶体二氧化硅的表示式, 表示晶体中硅原子与氧原子个数比为12;S i O2不溶于水。1 4. B 提示: 对新情境、 新材料的信息题, 关键是对信息的解读, 弄清材料的性质、 特点结合所学知识解答。航空材料的特点是质轻、 高强度、 高可靠性, 故A项正确、B项错; 复合材料属于混合物, 没有固定的熔点, 碳化硅、 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项正确。1 5. B1 6. D 提示: 高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料, 具有强度高、 硬度大、 耐高温的特性, 且具有电学、 光学特性和生物功能。氮化硅陶瓷可与氢氟酸反应。1 7

49、.A 提示: 将化学方程式改写为S i O2+C+2 CS i C+2 C O, 可知氧化剂和还原剂的质量比为12。1 8. C 提示: 玛瑙、 石英的主要成分都是S i O2, 具有S i O2的性质; 水泥是一种传统硅酸盐产品; 碳化硅是一种类似金刚石结构的物质, 所以其硬度大。1 9.A 提示: 石棉属于硅酸盐, 其成分可表示为C a O3 M g O4 S i O2。2 0.A、B 提 示: 石 灰 石、 石 英 均 难 溶 于 水, 不 可 拆 成 离 子形式。2 1. D 提示:S i O2不溶于除氢氟酸以外的酸,C a O、C a C O3均可溶于盐酸且C a C O3溶于盐酸有

50、气泡生成,S i O2可以溶于N a OH溶液。2 2. B 提示:C O2溶于水:C O2+H2OH2C O3,H2C O3的酸性比盐酸弱, 而比硅酸、 铝酸( 即氢氧化铝) 强。根据溶液中酸与盐反应的规律,C O2通入C a C l2溶液中无明显现象( 弱酸不能制强酸) ; 过量C O2通入N a2S i O3、N a A l O2有白色沉淀H2S i O3、A l(OH)3产 生; 过 量C O2通 入 饱 和N a2C O3溶液中:N a2C O3+C O2+H2O2 N a HC O3, 生成的N a HC O3的溶解度比N a2C O3的溶解度小而结晶析出; 过 量 的C O2通

51、入C a(OH)2溶 液 中 最 终 生 成C a(HC O3)2而 无 沉 淀 析 出:C a(OH)2+2 C O2C a(HC O3)2。2 3. B 提示: 久置空气中主要考虑与空气中的O2和C O2等成分反应。水玻璃是N a2S i O3的水溶液, 久置空气中会与空气中C O2反应生成硅酸沉淀且H2S i O3不溶于硝酸:N a2S i O3+C O2+H2ON a2C O3+H2S i O3。盐酸具有挥发性, 质量减少, 但不会析出晶体。澄清石灰水久置空气中也会和C O2反应生成C a C O3沉淀, 但C a C O3会溶解在硝酸中:C a(OH)2+C O2C a C O3+H

52、2O,C a C O3+2 HNO3C a(NO3)2+H2O+C O2。2 4.(1)S i O2+N a2C O3高温N a2S i O3+C O2A l2O3+N a2C O3高温2 N a A l O2+C O2H2S i O3 S i O2-3+2 H+H2S i O3(2) 铁2 5.(1) +4 (2)S i O2 S i O2+2 C高温S i +2 C O(3)C a S i O3 N a2S i O32 6.(1) 金刚石 石英 玻璃 C O2 N a2S i O3(2)S i O2+2 OH-S i O2-3+H2OS i O2-3+H2O+C O2H2S i O3+C

53、O2-32 7.(1)A l2O3+6 H+2 A l3+3 H2O(2)S i O2+2 OH-S i O2-3+H2O(3) 硫氰化钾(4)N a HC O3 制纯碱( 或做发酵粉等合理答案)提示: 本题考查铝土矿中氧化铝提取的工艺流程。(1) 与HC l反应生成A l3+, 应为铝土矿中的A l2O3。(2)S i O2可以溶于N a OH中生成N a2S i O3。(3) 检验F e3+的特征反应很多, 如与K S C N显血红色, 与苯酚显紫色, 与OH-显红褐色沉淀等。(4) 生成E、K时,C O2均是过量的, 故应生成N a HC O3。思考与交流(P 7 6)物理性质: 熔点高

54、、 硬度大。化学稳定性: 化学稳定性好, 除氢氟酸外一般不与其他的酸反应, 可以与强碱如N a OH等反应, 属于酸性氧化物。S i O2的这些性质主要和它的结构有关, 它是正四面体的空间网状结构, 因此性质稳定。习题1.(1) (2) (3)2.材料物理性质化学性质玻璃硬度高、 耐磨损、 耐高温、 较脆很稳定陶瓷硬度高、 耐磨损、 耐高温很稳定 3.N a2S i O3+H2S O4N a2S O4+H2S i O34. B 提示: 氢氟酸是唯一一种可以与S i O2发生反应的酸, 玻璃中含有S i O2, 所以可以用氢氟酸来刻蚀玻璃。5.铁不与烧碱反应, 而普通玻璃坩埚、 石英坩埚和陶瓷坩

55、埚中的S i O2能与氢氧化钠反应, 在高温下反应更容易:S i O2+2 N a OHN a2S i O3+H2O。6.精选的河砂主要是S i O2晶体, 硬度为7, 而一般玉石的硬度在67之间。7. S i O2+2 N a OHN a2S i O3+ H2O;N a2C O3+S i O2高温N a2S i O3+C O28.硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间, 是良好的半导体材料, 主要应用于信息技术和光电池等方面。9.(1) 作还原剂。(2) 氯气与S i的反应的类型属于化合反应或氧化还原反应;S i C l4与H2的反应的类型属于置换反应或氧化还原反应;作还原剂。(3) 略1 0.

56、(1) 二者最外层电子数相同, 但是电子层数不同; 从元素周期表中可以看出: 二者不在同一横行, 位于同一列。(2) 碳和硅的单质都有晶体和无定形两种。硅晶体是良好的半导体材料, 而单质碳不是。(3) 相似之处:S i O2和C O2都是酸性氧化物。性质不同之处:S i O2常温下为固态, 存在于地表及地壳中;C O2常温下为气态, 存在于大气中;S i O2的化学性质比C O2更稳定等。1 1.(1)N a2OC a O6 S i O2(2) 需石灰石:8 1 t, 纯碱:7 3 t, 石英:2 4 6 t。提示: (1)n(N a2O)n(C a O)n(S i O2)=1 3%6 21

57、1. 7%5 67 5. 3%6 0=116。(2)n(C a C O3)=n(N a2OC a O6 S i O2)=(1 0 1 06 3 1)g4 7 8 gm o l- 1=6. 51 05m o l。m( 石灰石)=6. 51 05m o l 1 0 0gm o l-18 0%=8 1 t。m( 纯碱)=6. 51 05m o l 1 0 6gm o l-19 5%=7 3 t。m( 石英)=6. 51 05m o l 6 0gm o l-169 5%=2 4 6 t。1 2.略光 导 纤 维1 9 6 6年英籍华人高困锟(C h a r l e sK. C, 现美籍) 发表论文 光

58、频介质纤维表面波导 , 提出用石英玻璃纤维传送光信号来进行通讯。文中指出:光纤可实现超高速通讯;光纤对光能的损失可低达2 0d Bk m-1, 意味着1k m厚的石英玻璃也有1/1 0 0的光可透过, 而1m厚的普通玻璃光就透不过了,这真是伟大的设想。光纤的制造:(1) 熔炼。为了减少光纤对光能的损失, 要用人工合成的超纯石英。超纯石英是用含杂质仅为1 0-9%的S i C l4和超纯氧气在14 0 0高温下合成, 它比半导体晶体管所用材料纯1 0 0倍, 其化学方程式为S i C l4+O2高温S i O2+2 C l2。熔炼的最终结果是得到一根含有锗(G e, 在熔炼过程中加入少量G e C l4而得到, 目的是增强石英玻璃的折射率) 的超纯石英棒。(2) 拉丝。将石英棒在拉丝塔中拉成外径小于1 2 5m的细丝。(3) 套塑。为了保护光纤, 一般在光纤外套上塑料管, 并在塑料管内填充油膏防水。套塑时有意让光纤比塑料管略长( 为了在外力的作用下, 只拉伸套管, 光纤不受力) 。