第四章非金屬元素及其重要化合物[考綱解讀]1.了解常見非金屬元素C、Si、Cl、S、N的單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及其應(yīng)用。2.了解常見非金屬元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響。第13講碳、硅及其重要化合物一、碳、硅單質(zhì)1．單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途2．碳和硅的化學(xué)性質(zhì)3．硅的工業(yè)制法及提純eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up17(①焦炭),\s\do15(高溫))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up17(②氯氣),\s\do15(加熱))eq\x(SiCl4)eq\o(→,\s\up17(③氫氣),\s\do15(高溫))eq\x(高純硅)反應(yīng)①：eq\o(□,\s\up4(20))SiO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑。反應(yīng)②：eq\o(□,\s\up4(21))Si＋Cl2eq\o(=,\s\up17(△))SiCl4。反應(yīng)③：eq\o(□,\s\up4(22))SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋4HCl。二、碳、硅的氧化物1．一氧化碳(1)物理性質(zhì)eq\o(□,\s\up4(01))無色氣體，eq\o(□,\s\up4(02))有毒，eq\o(□,\s\up4(03))難溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)①燃燒：2CO＋O2eq\o(=,\s\up17(點燃))2CO2，eq\o(□,\s\up4(04))淡藍色火焰(空氣中燃燒)。②還原Fe2O3：eq\o(□,\s\up4(05))Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋3CO2(冶煉金屬)。2．二氧化碳和二氧化硅的比較續(xù)表三、硅酸、硅酸鹽、無機非金屬材料1．硅酸(H2SiO3)2．硅酸鹽(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。(2)硅酸鹽組成的表示方法通過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，長石(KAlSi3O8)可表示為eq\o(□,\s\up4(06))K2O·Al2O3·6SiO2。(3)硅酸鈉①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱eq\o(□,\s\up4(07))水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。②與酸性較硅酸強的酸反應(yīng)與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式Na2SiO3＋H2O＋CO2=eq\o(□,\s\up4(08))Na2CO3＋H2SiO3↓。(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。3．無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料①三種硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)的比較②主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料，也廣泛應(yīng)用于生活中。(2)新型無機非金屬材料①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強的抗化學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。②生物陶瓷：對機體無排異反應(yīng)，不會引起代謝作用異常。③壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)。1.判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，并指明錯因。(1)硅在自然界中以游離態(tài)和化合態(tài)的形式存在。(×)錯因：硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在。(2)晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料。(×)錯因：晶體硅不是因為其熔點高、硬度大而作半導(dǎo)體材料，是因為其能導(dǎo)電的特殊性。(3)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維。(×)錯因：Si不能用于制造光導(dǎo)纖維。(4)玻璃是一種晶體，有較高的熔點。(×)錯因：玻璃是混合物，無固定的熔點，不是晶體。(5)硅膠多孔，吸水能力強，常用作袋裝食品的干燥劑和抗氧化劑。(×)錯因：硅膠不能作抗氧化劑。(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿(NaOH)，不溶于任何酸。(×)錯因：SiO2可溶于氫氟酸。(7)向CaCl2溶液中通入CO2，溶液變渾濁。(×)錯因：CaCl2與CO2不反應(yīng)，通入CO2無明顯變化。2．教材改編題(據(jù)人教必修一P81T10)下列關(guān)于碳、硅及其化合物的敘述正確的是()A．碳、硅都是ⅣA族元素，它們在自然界中都以化合態(tài)形式存在B．二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)相似C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽D．高純度的二氧化硅用于制造半導(dǎo)體材料答案C考點eq\a\vs4\al(一)碳、硅單質(zhì)及其氧化物[典例1]二氧化硅廣泛存在于自然界中，在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a～e是對①～⑤反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用進行判斷，其中正確的是()①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑③SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up17(高溫))SiC＋2CO↑a．反應(yīng)①中SiO2作為玻璃的成分被消耗，用于刻蝕玻璃b．反應(yīng)②中SiO2表現(xiàn)出氧化性c．反應(yīng)③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性d．反應(yīng)④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易揮發(fā)性酸酐的原理e．反應(yīng)⑤中SiO2未參加氧化還原反應(yīng)A．a(chǎn)ce B．bdeC．cde D．a(chǎn)b解析通常用氫氟酸來刻蝕玻璃，與之對應(yīng)的反應(yīng)是③，因此a、c判斷錯誤；反應(yīng)②是一個置換反應(yīng)，其中二氧化硅被還原，表現(xiàn)出氧化性，b判斷正確；反應(yīng)④是一個復(fù)分解反應(yīng)，用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳，d判斷正確；反應(yīng)⑤中碳的化合價由0變?yōu)椋?和＋2，硅的化合價和氧的化合價都沒有改變，因此二氧化硅沒有參加氧化還原反應(yīng)，e判斷也正確。答案B名師精講熟記硅及其化合物的特殊性質(zhì)1．(2018·廣州模擬)硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是()A．硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B．粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)C．反應(yīng)Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑中，Si為氧化劑D．硅能與氫氟酸反應(yīng)，則硅可以與鹽酸反應(yīng)答案A解析由粗硅制備單晶硅的過程一般為Sieq\o(→,\s\up17(Cl2))SiCl4eq\o(→,\s\up17(H2))Si＋HCl，都是氧化還原反應(yīng)，B項錯誤；硅不能與鹽酸反應(yīng)，D項錯誤。2．(2018·汕頭模擬)將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是()答案D解析CO2與KOH和Ca(OH)2都會反應(yīng)，但存在著競爭，如果先與KOH反應(yīng)，則反應(yīng)后生成的K2CO3立即會與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，因此，可以看成CO2先與Ca(OH)2反應(yīng)，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應(yīng)還是先與生成的CaCO3反應(yīng)，同樣可以采用假設(shè)法判斷，即如果先與CaCO3反應(yīng)，則生成的Ca(HCO3)2又會與KOH反應(yīng)，因此是先與KOH反應(yīng)，此過程生成沉淀的物質(zhì)的量不變，當KOH反應(yīng)完全，再與CaCO3反應(yīng)，直至沉淀完全溶解，故選D?？键ceq\a\vs4\al(二)硅酸鹽無機非金屬材料[典例2]下列有關(guān)硅及硅酸鹽材料的說法正確的是()A．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B．反應(yīng)①Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓，反應(yīng)②Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都能發(fā)生C．普通玻璃、石英玻璃，水泥等均屬于硅酸鹽材料D．祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2解析A項，硅酸鈉本身是一種黏合劑，易造成磨口玻璃塞與瓶口黏結(jié)；B項，兩反應(yīng)條件不同，反應(yīng)①是在溶液中進行，強酸可以制弱酸，而高溫條件下，CO2是氣體，逸出反應(yīng)體系，能促使反應(yīng)發(fā)生；C項，石英玻璃的成分為SiO2，SiO2是氧化物不是鹽；D項正確。答案D名師精講1．硅及其化合物的特殊性(1)無機酸一般易溶于水，而H2SiO3卻難溶于水。(2)因H2CO3的酸性強于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生。(3)Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，是一種黏合劑，是制備硅膠和木材防火劑的原料，與玻璃的成分不相同；水玻璃又稱為泡花堿，但它卻是鹽溶液(存放的試劑瓶不能用玻璃塞)，而不是堿溶液。(4)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2，用于制作半導(dǎo)體材料、計算機芯片的是晶體硅。(5)熟悉幾種常見飾品的主要成分水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石，主要成分是C；紅寶石的主要成分是Al2O3。2．硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法(1)氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結(jié)構(gòu)，且不可認為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。(2)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。(3)各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數(shù)和為零，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。(4)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如長石：KAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。3．如圖所示是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是()A．SiO2屬于兩性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞C．硅膠吸水后可重復(fù)再生D．圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng)答案C解析SiO2是酸性氧化物，A錯誤；Na2CO3溶液呈堿性，能與玻璃的主要成分SiO2反應(yīng)，生成具有粘性的硅酸鈉，導(dǎo)致試劑瓶不易打開，故盛放Na2CO3溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，B錯誤；題圖中有的