2021版新高考化学人教版一轮教师用书：第4章第4节无机非金属材料硅及其化合物基本性质

第四节　无机非金属材料　硅及其化合物基本性质

硅及其重要化合物

1．碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途

注：硅为亲氧元素，在自然界中无游离态。

2．硅的化学性质

(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。

　[补短板]硅的工业制备与提纯

(1)流程：石英砂Si(粗)SiCl4Si(纯)。

(2)原理：①Si(粗)制备：SiO2＋2CSi＋2CO↑。

②Si(粗)提纯：Si(粗)＋2Cl2SiCl4；

SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。

3．二氧化硅与CO2的比较

(1)共性

均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：CO2＋2OH－===CO＋H2O、SiO2＋2OH－===SiO＋H2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2＋CaO===CaCO3、SiO2＋CaOCaSiO3。

(2)差异性

①SiO2与氢氟酸反应的化学方程式：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

②SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应——工业制玻璃

SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；

SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。

③CO2与H2O反应的化学方程式：CO2＋H2OH2CO3。

④SiO2为高硬度、高熔沸点的固体，不溶于水，而CO2为低熔沸点的气体，可溶于水。

(3)SiO2与CO2的用途(熟记)

①CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。

②SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。

4．硅酸

硅酸是一种难溶于水的弱酸，酸性比H2CO3弱，受热分解生成SiO2，其化学方程式为H2SiO3SiO2＋H2O。

5．硅酸盐

由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

(1)硅酸盐的组成表示方法

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(K2Al2Si6O16)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

注意：①氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的；

②硅酸盐大多难溶于水。

(2)硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2SO3。

③用途：黏合剂、耐火阻燃材料。

命题点　碳、硅及其化合物的性质及应用

1．(2019·南昌月考)下列关于硅元素及其化合物的有关说法正确的是(　　)

A．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2＋CSi＋CO2↑

B．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸

C．因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液

D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化

C　[A项，反应产物不是CO2而是CO；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3。]

2．下列说法中正确的是(　　)

A．单质氧化物酸或碱盐，碳、硅单质均可以按上述关系进行转化

B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系

C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中

D．向Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液、Ca(OH)2溶液中分别通入过量CO2，溶液均有白色沉淀

C　[A项，SiO2与H2O不反应；B项，SiO2不能直接转化为H2SiO3，H2SiO3也不能转化为Si；D项，Ca(OH)2溶液中通入过量CO2，无沉淀生成。]

3．下列说法正确的是    (　　)

A．向含K＋、Na＋、Br－、SiO的溶液中通入CO2后仍能大量共存

B．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料

C．NaHCO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可通入少量CO2后过滤

D．SiO2中含Al2O3杂质，可加入足量稀盐酸溶液，然后过滤除去

D　[A项，SiO会生成H2SiO3沉淀而减少，错误；B项，合成纤维为有机材料，错误；C项，通少量CO2，生成Na2CO3，引入新杂质，错误；D项，Al2O3溶于盐酸而SiO2不溶于盐酸，正确。]

4．已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。

(1)写出B、C两物质的名称：B________、C________。

(2)写出D→B的化学方程式为____________________________

___________________________________________________。

(3)写出B→C的离子方程式为____________________________

___________________________________________________。

(4)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为

___________________________________________________。

[解析]　由题意知：A为Si，B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。

[答案]　(1)硅酸钠　硅酸　(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　(3)SiO＋H2O＋CO2===CO＋H2SiO3↓

(4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

无机非金属材料

1．传统无机非金属材料——硅酸盐材料

注意：玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。

2．新型无机非金属材料

(1)高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。再如碳化碳(SiC)俗称金刚砂，SiC具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料和耐高温半导体材料。

(2)生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。

(3)压电陶瓷：具有压电效应。

(4)光导纤维：主要成分为SiO2，导光、制作光缆。

(5)碳纳米材料：主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，具有独特的电阻率低、热导率高和很高的强度。

命题点　无机非金属材料

1．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3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是(　　)

A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土

B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点

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

A　[普通玻璃的原料为石灰石、纯碱和石英砂，A错误。]

2．下列属于新型无机非金属材料的是(　　)

A．玻璃　　　　　　　 B．水泥

C．碳化硅  D．陶瓷

[答案]　C

3．(2019·湖南六校联考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：

下列说法错误的是(　　)

A．Y、Z分别为H2、Cl2

B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1

C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋4

D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应

B　[B项中的反应为3C＋SiO2SiC＋2CO↑，氧化剂与还原剂均为C，二者之比为1∶2。]

4．下列说法正确的是(　　)

A．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

B．光导纤维的主要成分为硅酸盐

C．水泥、玻璃、陶瓷的生产原料均有石灰石

D．碳纳管、石墨烯为新型无机非金属材料

[答案]　D

1．(2019·全国卷Ⅰ，T7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　)

A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁

B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成

C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐

D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点

A　[氧化铁的颜色为红棕色，不是青色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成；陶瓷的主要成分是硅酸盐；具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点；B、C、D项正确。]

2．下列说法不正确的是________(填序号)。

(1)(2019·全国卷Ⅲ)高纯硅可用于制作光感电池。

(2)(2019·全国卷Ⅲ)活性炭具有除异味和杀菌作用。

(3)(2016·全国卷Ⅲ)HF与SiO2反应实际应用是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记

(4)(2015·全国卷Ⅱ)硅胶可用作食品干燥剂

(5)(2014·全国卷Ⅰ)如图：①中为浓硝酸，②中为Na2CO3，③中为Na2SiO3溶液，可证明酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸

(6)(2016·全国卷Ⅱ)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一

[答案]　(2)(5)

3．(1)(2019·全国卷Ⅱ，节选，有改动)在回转炉中重晶石(BaSO4)被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为_____________________________。

回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应化学方程式为_________。

(2)(2018·全国卷Ⅲ，T28(1))SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式____________________ _________________________________。

[答案]　(1)BaSO4＋4CBaS＋4CO↑　

CO＋H2O(g)CO2＋H2

(2)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl