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

第四章 非金屬及其化合物無(wú)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(jiàn)無(wú)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(wú)定性硅兩大類(lèi)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)還原性與O2反應(yīng)：O2不足：2C+O2點(diǎn)燃 2CO；O2充足：C+O2 點(diǎn)燃 CO2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 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 與氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF=SiF4+2H2；與NaOH溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2;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(lèi)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)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2 + H2O H2CO3與酸反應(yīng)SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O不反應(yīng)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與鹽反應(yīng)SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2高溫SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2Ca(ClO)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2HClOCO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)SiO2 + CaO CaSiO3 CO2 + Na2O Na2CO3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(lái)制造通訊材料光導(dǎo)纖維。 3、硅酸及硅酸鹽（1）硅酸物理性質(zhì)：與一般的無(wú)機(jī)含氧酸不同，硅酸難溶于水?；瘜W(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+ SiO2。制備：通過(guò)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用途：硅膠可用作干燥劑、催化劑的載體等。2、硅酸鹽硅酸鹽：硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱(chēng)，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱(chēng)水玻璃，是無(wú)色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。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(xiě)法與氧化物寫(xiě)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(jiàn)無(wú)極非金屬材料及其主要用途1.傳統(tǒng)的無(wú)極非金屬材料硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無(wú)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 + CO2SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2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·Al2O3Na2SiO3、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)?！緹狳c(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，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(wú)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(wú)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=H2SiO3+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()AAl2O3 BMgOCSiO2 DFe2O3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(guò)量，NaAlO2與過(guò)量鹽酸反應(yīng)生成AlCl3，無(wú)沉淀，Na2SiO3與鹽酸反應(yīng)生成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X11NaHCO311<X<21Na2CO3、NaHCO3X21Na2CO3X>21NaOH、Na2CO3（3）CO2與常見(jiàn)溶液的反應(yīng)和現(xiàn)象Ca(OH)2 或Ba(OH)2溶液CO2不足時(shí)，生成白色沉淀；CO2過(guò)量時(shí)，生成的白色沉淀消失，溶液變澄清。Na2SiO3溶液CO2不足：Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3；CO2過(guò)量：Na2SiO3+2H2O+2CO2=2NaHCO3+H2SiO3。兩種情況均生成白色膠狀沉淀。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(wú)色，無(wú)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(wú)明顯現(xiàn)象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有無(wú)色、無(wú)味的氣體生成，則待檢溶液中有HCO?！镜淅?】下列說(shuō)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(shuō)明可能有CO不可能含有HCOC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：CO22OH=COH2ODNaHCO3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(wú)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)11，反應(yīng)應(yīng)該為CO2OH=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。