2013年高考化學(xué) 教材回歸詳析 4.1 無機(jī)非金屬材料的主角 硅

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1、第四章 非金屬及其化合物無機(jī)非金屬材料的主角——硅 考點(diǎn)梳理 1.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。 2.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。 3.了解常見無機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途 一、C、Si單質(zhì)性質(zhì)及其用途的比較。 1.物理性質(zhì) 碳 硅 存在形態(tài) 既有游離態(tài)，又有化合態(tài)；主要單質(zhì)有：金剛石、石墨、C60等同素異形體 在地殼中的含量?jī)H次于氧，全部以化合態(tài)存在；主要單質(zhì)有：晶體硅和無定性硅兩大類 單質(zhì)的物理性質(zhì) 金剛石熔點(diǎn)很高，硬度很大；石墨熔點(diǎn)很高（比金剛石高）硬度較小，能導(dǎo)電，有滑膩感。 晶體硅，灰黑色，有金屬光澤；與金剛石相

2、似，熔點(diǎn)很高，硬度很大；是良好的半導(dǎo)體材料。 用途 金剛石用作切割工具； 石墨用作電極、鉛筆芯。 含硅4％的硅鋼具有很高的導(dǎo)磁性，主要用作變壓器鐵芯；含硅15％的硅鋼具有很好的耐酸性能，作為耐酸材料；制光電池等 2.化學(xué)性質(zhì) (1)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)——還原性 ①與O2反應(yīng)：O2不足：2C+O2點(diǎn)燃 2CO； O2充足：C+O2 點(diǎn)燃 CO2 ②與其他物質(zhì)反應(yīng)： a.與CuO反應(yīng)： 2CuO+C △ 2Cu+CO2↑ (可用于某些金屬的冶煉)； b.與CO2反應(yīng)：CO2+C 高溫 2CO； c.與水蒸氣反應(yīng)： C+H2O(g)高溫

3、 CO+H2 (用于生產(chǎn)水煤氣)； d.與濃硫酸反應(yīng)： C+2H2SO4(濃)△ CO2↑+2SO2↑+2H2O。 (2)硅的化學(xué)性質(zhì)——還原性 ①與氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF====SiF4↑+2H2↑； ②與NaOH溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O=====Na2SiO3+2H2↑; ③與O2反應(yīng)：Si+O2△ SiO2。 二、CO2和SiO2的比較 物 質(zhì) 二氧化硅 二氧化碳 晶體類型 原子晶體 分子晶體 物理性質(zhì) 硬度大、熔沸點(diǎn)高、常溫下為固體、不溶于水 熔沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水 質(zhì) ①與水反應(yīng) 不反應(yīng) CO2 +

4、 H2O H2CO3 ②與酸反應(yīng) SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O 不反應(yīng) ③與堿反應(yīng) 高溫 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 高溫 盛堿液的試劑瓶用橡皮塞 CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O或 CO2 + NaOH = 2NaHCO3 ④與鹽反應(yīng) SiO2 + Na2CO3 ＝Na2SiO3 + CO2↑ 高溫 SiO2 + CaCO3 ＝ CaSiO3 + CO2↑ Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3↓ + 2HClO CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3

5、 ⑤與堿性氧化物反應(yīng) SiO2 + CaO ＝ CaSiO3 CO2 + Na2O ＝ Na2CO3 ⑥與碳反應(yīng) CO2+C高溫 2CO； 主要用途 化工原料、滅火劑。干冰用作制冷劑，人工降雨。 制光學(xué)儀器、石英玻璃。水晶可制作飾品，常用來制造通訊材料光導(dǎo)纖維。 3、硅酸及硅酸鹽 （1）硅酸 ①物理性質(zhì)：與一般的無機(jī)含氧酸不同，硅酸難溶于水。 ⑵化學(xué)性質(zhì)：a.弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為： H2SiO3+2NaOH== Na2SiO3+2H2O。 b.不穩(wěn)定性：受熱易分解，化學(xué)方程式為：H2SiO3 H2O+ Si

6、O2。 ⑶制備：通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，如Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng)： Na2SiO3+2HCl== H2SiO3↓+2NaCl ⑷用途：硅膠可用作干燥劑、催化劑的載體等。 2、硅酸鹽 ⑴硅酸鹽：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。 ⑵硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱水玻璃，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。 ⑶硅酸鹽組成的表示 通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉（Na2SiO3）可表示為Na2O·SiO2。長(zhǎng)石（KAlSi3O8）可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。（注意：硅酸鹽寫法與氧化

7、物寫法中各元素的化合價(jià)保持不變，原子個(gè)數(shù)比相等；表示順序一般為：活潑金屬的氧化物·較活潑金屬的氧化物·二氧化硅·水。 三、常見無極非金屬材料及其主要用途 1.傳統(tǒng)的無極非金屬材料 硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料：玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和長(zhǎng)石等為原料生產(chǎn)的硅酸鹽制品，比較如下 硅酸鹽產(chǎn)品 水 泥 玻 璃 陶瓷 原 料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 黏土 反應(yīng)原理 發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化（不作要求） 高溫 高溫 SiO2 + Na2CO3 ＝Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 ＝ CaSiO3 + CO2↑

8、 主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 陶瓷窯 主要成分 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反應(yīng)條件 高溫 高溫 高溫 (2)主要用途 陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也廣泛應(yīng)用于生活中。 2.特殊功能的含硅物質(zhì) (1)碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。 (2)含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。 (3)硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質(zhì)。 【熱點(diǎn)難點(diǎn)】 1. 硅及其化合物的特殊性質(zhì) 1.硅 (1)硅的非金屬性弱于碳，但碳在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)，而硅卻只有化合態(tài)。 (2)硅的還原性強(qiáng)于碳，

9、但碳能還原SiO2：SiO2+2C 2CO↑+Si 。 (3)非金屬單質(zhì)跟堿溶液作用一般無H2產(chǎn)生，但Si能跟堿溶液作用放出H2：Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑。 (4)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應(yīng)，但硅能跟氫氟酸反應(yīng)。 (5)非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但硅為半導(dǎo)體。 2.二氧化硅 (1)非金屬氧化物的熔沸點(diǎn)一般較低，但SiO2的熔點(diǎn)卻很高。 (2)酸性氧化物一般不跟酸反應(yīng)，但SiO2能跟氫氟酸反應(yīng)。 3.硅酸 (1)無機(jī)酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。 (2)H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O====H

10、2SiO3↓+Na2CO3，但在高溫下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑能發(fā)生是因?yàn)樯傻腃O2容易揮發(fā)。 【典例1】某氧化物不溶于水，溶于熔化的NaOH中，生成易溶于水的化合物，向稀鹽酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀產(chǎn)生，則原氧化物是(　　) A．Al2O3 B．MgO C．SiO2 D．Fe2O3 [答案]C [解析]能與NaOH反應(yīng)的氧化物有Al2O3、SiO2，生成物分別為NaAlO2和Na2SiO3，但由于題目中是向稀鹽酸中加所生成化合物的水溶液，即鹽酸過量，NaAlO2與過量鹽酸反應(yīng)生成AlCl3，無沉淀，Na2SiO3與鹽酸反應(yīng)生

11、成H2SiO3白色沉淀，故選C。 二、CO2與堿的反應(yīng)及CO、HCO 的檢驗(yàn) 1.CO2與NaOH反應(yīng)成分的判斷 (1)反應(yīng)原理 NaOHNa2CO3NaHCO3 (2)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷方法 溶質(zhì)的成分 X≤1∶1 NaHCO3 1∶12∶1 NaOH、Na2CO3 （3）CO2與常見溶液的反應(yīng)和現(xiàn)象 ①Ca(OH)2 或Ba(OH)2溶液 CO2不足時(shí)，生成白色沉淀；CO2過量時(shí)，生成的白色沉淀消失，溶液變澄清。 ②Na2SiO3溶液 CO2不足：Na2SiO3+H2O+

12、CO2====Na2CO3+H2SiO3↓； CO2過量：Na2SiO3+2H2O+2CO2====2NaHCO3+H2SiO3↓。 兩種情況均生成白色膠狀沉淀。 ③飽和Na2CO3溶液 Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3↓，有白色固體析出。 2. CO、HCO的檢驗(yàn) (1)CO的檢驗(yàn) 向待檢驗(yàn)溶液中滴加一定量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性鹽溶液，有白色沉淀生成，再加入適量的酸，白色沉淀溶解且生成無色，無味的氣體，則待檢溶液中有CO。 (2)HCO的檢驗(yàn) 向待檢驗(yàn)溶液中滴加足量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性鹽溶液，無明顯現(xiàn)象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有無色

13、、無味的氣體生成，則待檢溶液中有HCO。 【典例2】下列說法正確的是(　　) A．將CO2通入CaCl2溶液或飽和Na2CO3溶液均有白色沉淀生成 B．某溶液中加入Ba(OH)2溶液中有白色沉淀，說明可能有CO不可能含有HCO C．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下將2.24 L CO2通入100 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液中充分反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為：CO2＋2OH－===CO＋H2O D．NaHCO3溶液和Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鑒別 [答案]D [解析]A項(xiàng)CO2與CaCl2不反應(yīng)，無現(xiàn)象，與飽和Na2CO3溶液反應(yīng)生成溶解度更小的NaHCO3，從而析出沉淀；B項(xiàng)溶液中可能含CO，也可能含有HCO、SO、HSO，B錯(cuò)；C項(xiàng)中n(CO2)∶n(NaOH)＝1∶1，反應(yīng)應(yīng)該為CO2＋OH－===HCO，C錯(cuò)；D項(xiàng)，CaCl2與NaHCO3不反應(yīng)，與Na2CO3反應(yīng)生成CaCO3白色沉淀，D項(xiàng)正確。