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第四章 常见的非金属及其化合物

第四章 常见的非金属及其化合物. 第 1 讲 无机非金属材料的主角 —— 硅. 基础盘点. 一、碳、硅 自我诊断 1. 有科学家提出硅是“ 21 世纪的能源”、“未来的 石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型 能源被开发利用 , 关于其有利因素的下列说法中 , 你认为不妥的是 ( ). A. 硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳 的燃料 B. 自然界中存在大量的单质硅 C. 硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程 度低，容易有效控制 D. 自然界的硅易开采，且可再生

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第四章 常见的非金属及其化合物

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  1. 第四章 常见的非金属及其化合物 第1讲 无机非金属材料的主角——硅 基础盘点 一、碳、硅 自我诊断 1.有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的 石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型 能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法中, 你认为不妥的是 ( )

  2. A.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳A.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳 的燃料 B.自然界中存在大量的单质硅 C.硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程 度低，容易有效控制 D.自然界的硅易开采，且可再生 解析硅在自然界中主要是以化合物的形式存在， 硅的含量在地壳中之所以多,是因为沙石的主要成 分是二氧化硅。 答案B

  3. 基础回归 1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途 （1）碳在自然界既有态又有态。碳的同 素异形体有、、无定形碳、等。 （2）硅在地壳中的含量占第位，仅次于， 全部以态存在，是一种亲元素,单质硅有 和形两种。晶体硅是良好的材料， 在计算机等电子工业，可用作、大规 模等。硅是人类将能转化为能的 常用材料，所以硅还用于制造。 游离 化合 C60 金刚石 石墨 氧 二 氧 化合 晶体 无定 半导体 半导体芯片 集成电路 太阳 电 光电池

  4. 2.C、Si的化学性质 （1）碳单质的化学性质 常温下（填“不”或“很”）活泼，在高温条 件下有强性。 ①可燃性：2C+O2 2CO、C+O2 CO2。 ②还原性 a.与Fe2O3反应的化学方程式：3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2↑; b.与CO2反应的化学方程式：C+CO2 2CO; c.与水蒸气反应的化学方程式:C+H2O(g) CO+H2; d.与浓H2SO4反应的化学方程式： C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O。 不 还原

  5. （2）硅单质的化学性质 常温下化学性质不活泼,但能与、、反应。 ①与氢氟酸反应的化学方程式： Si+4HF SiF4↑+2H2↑。 ②与烧碱反应的离子方程式：Si+2OH-+H2O SiO +2H2↑。 ③加热时与O2、Cl2等非金属单质反应，其化学方 程式为。 F2 强碱 HF Si+O2 SiO2；Si+2Cl2 SiCl4

  6. 二、碳、硅的氧化物 自我诊断 2.下列关于SiO2和CO2的叙述中，不正确的是（ ） A.都是共价化合物 B.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应，但不能 与任何酸反应 C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸 D.SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨 E.CO2通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 F.根据反应SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑可推知 硅酸酸性比碳酸强 BCF

  7. 2CO+O2 2CO2 2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 2Mg+CO2 2MgO+C 剧 温室

  8. 2.二氧化硅与二氧化碳的性质比较 二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物，其结构和 主要性质可比较如下： 大 低 高 微 不

  9. CO2+H2O H2CO3 SiF4↑+2H2O SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O； CO2+2NaOH Na2CO3+H2O 或 CO2+NaOH NaHCO3 橡胶

  10. CaCO3↓+2HClO Na2SiO3+CO2↑ 难挥发 2NaHCO3 CaSiO3 CaCO3

  11. 三、硅酸、硅酸盐 自我诊断 3.从下面所给的四个词中选出一个与陶瓷、玻璃、 水泥同类的是 （ ） A.光导纤维 B.有机玻璃 C.人造纤维 D.砖瓦 解析 从题干所给的信息：陶瓷属于硅酸盐，也 属于传统无机非金属材料，玻璃和水泥属于硅酸 盐,很明显,另一物质必须属于硅酸盐才能使其归纳 在一起，由此不难得出选项D是正确的。A的主要 成分SiO2,不属于硅酸盐；有机玻璃和人造纤维都 属于有机物，不符合题意；砖瓦是陶瓷器中的土 器，属于硅酸盐。 D

  12. 4.北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉壁由昆仑玉4.北京2008年奥运金牌“金镶玉”环形玉壁由昆仑玉 制成,昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2, 则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为（ ） A.CaO·MgO·SiO2·H2O B.2CaO·5MgO·8SiO2·H2O C.2CaO·MgO·SiO2·2H2O D.5CaO·2MgO·8SiO2·H2O 解析根据硅酸盐改写成氧化物的要求和元素守恒, 昆仑玉的氧化物形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。 B

  13. 基础回归 1.硅酸 （1）硅酸的性质 硅酸溶于水，其酸性比碳酸，硅酸(填 “能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。 ①硅酸不稳定,受热易分解:。 ②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化 学方程式为：。 ③硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能 力强，常用作。 不能 不 弱 H2SiO3 SiO2+H2O H2SiO3+2NaOH Na2SiO3+2H2O 干燥剂

  14. 2.硅酸钠 （1）物理性质 白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性。 （2）化学性质 ①水解显性。 ②与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为： 与盐酸反应：。 与CO2水溶液反应： 。 （3）用途：黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。 水玻璃 碱 Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3↓+Na2CO3

  15. 3.硅酸盐 （1）概念：的 总称，是构成地壳岩石的主要成分。 （2）表示方法 硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示 它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成 ,钾云母（KH2Al3Si3O12）写成 。 由硅、氧和金属元素组成的化合物 Na2O·SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O

  16. 4.传统无机非金属材料 （1）普通玻璃 ①主要原料：。 ②主要成分：、、。 纯碱、石灰石、石英 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 （2）普通硅酸盐水泥 ①主要原料：、。 ②主要成分（写出名称和化学式）： 。 黏土 石灰石 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、 铝酸三钙(3CaO·Al2O3)

  17. 要点精讲 要点一 碳、硅及其化合物的特性及应用 1.碳、硅元素单质及其化合物的特性 （1）一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬 度小，但硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中 金刚石为硬度最大的物质。 （2）一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅 为半导体，石墨为电的良导体。 （3）一般情况，较强氧化剂+较强还原剂 较弱氧化剂+较弱还原剂，而碳却还原出比它更 强的还原剂：SiO2+2C Si+2CO↑,FeO+C Fe+CO↑。

  18. （4）非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化（4）非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化 剂又作还原剂，而Si与碱溶液反应却只作还原剂。 Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑。 （5）一般情况，较活泼金属+酸 盐+氢气， 然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应： Si+4HF SiF4↑+2H2↑。 （6）一般情况，碱性氧化物+酸 盐+水， SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应： SiO2+4HF SiF4↑+2H2O(SiF4也不属于盐)。 （7）无机酸一般能溶于水，而H2SiO3及H4SiO4却 难溶于水。

  19. （8）H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有 Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3↓+Na2CO3,但 高温下：Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑也能 发生（CO2离开反应体系）。 （9）一般情况，非常活泼金属（Na、K等）才能够置换出水中的氢，但C+H2O（g） CO+H2。 （10）一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2+H2O H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。

  20. 2.硅与铝的相似性及区别 （1）与强碱溶液反应时相似 ①Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。 ②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3［Al(OH)3］均 与NaOH溶液反应生成盐和水。 ③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色 沉淀。 （2）区别 ①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反 应。 ②Al2O3、Al(OH)3属两性化合物。 ③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时 现象不同。

  21. 【典例导析1】晶体硅是一种重要的非金属材料，制备【典例导析1】晶体硅是一种重要的非金属材料，制备 纯硅的主要步骤如下： ①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 ②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3: Si+3HCl SiHCl3+H2 ③SiHCl3与过量H2在1 000~1 100℃反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题：

  22. （1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为。 （2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸 点33.0℃)中含有少量SiCl4（沸点57.6℃)和HCl（沸点 -84.7℃),提纯SiHCl3采用的方法为。 （3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下（热 源及夹持装置略去）：

  23. ①装置B中的试剂是。 装置C中的烧瓶需要加热，其目的是。 ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是， 装置D不能采用普通玻璃管的原因是， 装置D中发生反应的化学方程式为。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验 装置的气密性，控制好反应温度以及。

  24. ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸 溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号） 是。 a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液

  25. 解析（1）根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅解析（1）根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅 的办法来制得，故反应方程式为SiO2+2C Si+2CO↑； （2）因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提 纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不 同，采用分馏的方法进行； （3）①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干 燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热， 其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。②根据题给 信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象为有固体 产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000~1 100℃， 此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反

  26. 应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应 产生Fe2+，其检验方法常常采用先将Fe2+氧化为Fe3+然后 再加入KSCN溶液看是否变红来检验。 答案 （1）SiO2+2C Si+2CO↑ (2)分馏（或蒸馏） （3）①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3气化 ②有固体物质生成 在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3+H2 Si+3HCl ③排尽装置中的空气 ④bd

  27. 迁移应用1下列说法正确的是 （ ） A.因SiO2不溶于水，故SiO2不是H2SiO3的酸酐 B.CO2通入水玻璃可以得到原硅酸 C.CO2通入饱和氯化钙溶液中能生成白色沉淀 D.水晶项链是硅酸盐制品 解析SiO2、硅酸（H2SiO3）、原硅酸（H4SiO4） 中硅均为+4价，故SiO2是H2SiO3和H4SiO4的酸酐， A错误；CO2通入水玻璃可生成原硅酸（习惯上写 生成硅酸H2SiO3），B正确；CO2通入CaCl2溶液不 会生成CaCO3沉淀，C错误；水晶项链的成分是 SiO2而不是硅酸盐。 B

  28. 迁移应用2 已知A是一种不溶于水的酸酐。根据图 示转化关系，回答：

  29. （1）A是，B是，D是。 （2）写出①~⑤各步反应的化学方程式，如是离 子反应请改写成离子方程式。 ①。 ②。 ③。 ④。 ⑤。 答案（1）SiO2 Na2SiO3 H2SiO3 （2）①SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ ②SiO +CO2+H2O H2SiO3↓+CO ③SiO2+2OH- SiO+H2O ④SiO+2H+ H2SiO3↓ ⑤H2SiO3 SiO2+H2O

  30. 要点二 无机非金属材料的使用 无机非金属材料在日常生活中有广泛的用途， 这些知识大多数属于识记知识。 【典例导析2】 下列关于无机非金属材料的说法 中不正确的是 （ ） A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷 等硅酸盐材料 B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非 金属材料的缺点，但强度比较差 C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬 度大、耐磨损、密度小等优点 D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料 的主要成分不同

  31. 解析无机非金属材料分为传统无机非金属材料和解析无机非金属材料分为传统无机非金属材料和 新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材 料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、 砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新 型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。 新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比， 具有许多优良性能,如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐 蚀、具有压电效应、具有生物功能等。 答案B

  32. 迁移应用3下列表述正确的是 （ ） ①人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料， 主要成分是二氧化硅 ②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 ③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是 硅酸盐材料 ④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化 硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于 环保、节能 A.①②③ B.②④ C.③④⑤ D.③⑤

  33. 解析本题主要考查学生对身边常见的化学制品的解析本题主要考查学生对身边常见的化学制品的 了解情况。侧重考查学生应用化学知识解释和解 决身边化学问题的能力。人造刚玉主要成分为 Al2O3，①错；玛瑙的主要成分是SiO2，②错；变 色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物 质AgBr等,并加入极少光敏化剂如CuO等制成，故 ④错。 答案 D

  34. 要点三 置换反应问题探究 有关置换反应题是高考的热点，在高考试题中多 次出现。通过对下列高考案例的探究，希望能弄 清该类题的命题特点，掌握解题规律。 置换反应的类型 （1）金属 金属 如Zn+Cu2+ Zn2++Cu, 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe

  35. （2）金属 非金属 ①固态金属 气态非金属 如Zn+2H+ Zn2++H2↑, 2Na+2H2O 2NaOH+H2↑, 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 ②固态金属 固态非金属 如2Mg+CO2 2MgO+C

  36. （3）非金属 非金属 ①固态非金属 固态非金属 如2C+SiO2 Si+2CO↑ ②固态非金属 气态非金属 如C+H2O（g） CO+H2 ③气态非金属 固态非金属 如Cl2+2KI 2KCl+I2, O2+2H2S 2S↓+2H2O ④气态非金属 气态非金属 如2F2+2H2O 4HF+O2 ⑤气态非金属 液态非金属 如Cl2+2KBr 2KCl+Br2

  37. (4)非金属 金属 如C+2CuO 2Cu+CO2↑, 3H2+Fe2O3 2Fe+3H2O 【典例导析3】 置换反应的通式可以表示为： 单质（1）+化合物（1） 化合物（2）+单质（2） 请写出满足以下要求的3个置换反应的化学方程式： ①所涉及的元素的原子序数都小于20； ②6种单质分属6个不同的主族。

  38. 解析根据题意：方程式所涉及的元素的原子序数解析根据题意：方程式所涉及的元素的原子序数 都小于20，且所涉及的6种单质应分属6个不同的 主族，所以满足要求的置换反应的化学方程式为： 2Mg+CO2 2MgO+C，2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑ 2F2+2H2O4HF+O2(或Cl2+H2S 2HCl+S↓) 答案2Mg+CO2 2MgO+C 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑ 2F2+2H2O 4HF+O2（或Cl2+H2S 2HCl+S↓)

  39. 迁移应用4 X、Y为由短周期元素组成的单质,X、 Y的组成元素为同主族元素，U、V为它们的化合 物，这些物质之间的转化关系如图所示,其中反应 条件和某些反应物和产物已经略去。 （1）若V是水，则X是， U是。 （2）若U、V均为氧化物，则反 应Ⅰ的化学反应方程式为； 答案（1）O2 H2S （2）SiO2+2C Si+2CO↑

  40. 对点训练 题组一 碳族元素性质的相似性和递变性 1.下列关于碳族元素的说法中，错误的是 ( ) A.它们从上到下非金属性向金属性递变的趋势 比卤素明显 B.碳族元素的气态氢化物的稳定性从上到下逐 渐减弱 C.碳族元素原子的最外层都有4个电子 D.主要化合价有+2价和+4价，大多数+2价化合 物稳定 解析碳族元素的C、Si、Ge、Sn的+4价稳定， Pb的+2价稳定。 D

  41. 2.根据碳族元素的相似性与递变性、一般性与特殊2.根据碳族元素的相似性与递变性、一般性与特殊 性的知识，判断下列说法正确的是 ( ) A.CO2、PbO2都是强氧化剂 B.CO2和PbO2都是弱氧化剂,CO和PbO都是还原剂 C.Sn(OH)4可与NaOH反应，但不与盐酸反应 D.Ge、Si是半导体材料 解析碳族元素中，C、Si、Ge、Sn的+4价化合物 稳定，而Pb的+2价化合物稳定,+4价不稳定的元素 表现强氧化性，+2价不稳定的元素则表现强还原 性，故A、B都错；Sn是典型金属，所以其最高价 氧化物对应的水化物Sn(OH)4与HCl易反应；D的 说法正确。 D

  42. 3.根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，完成下列3.根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，完成下列 填空： （1）锡的+2价化合物应具有较强的性，铅 的+4价化合物应具有较强的性。 （2）已知Sn2+的还原性比Fe2+的还原性强，PbO2 的氧化性比Cl2的氧化性强。试写出下列反应的化 学方程式： ①氯气与锡共热。 ②氯气与铅共热。 ③PbO2与浓盐酸共热。

  43. 答案（1）还原 氧化 （2）①Sn+2Cl2 SnCl4 ②Pb+Cl2 PbCl2 ③PbO2+4HCl(浓) PbCl2+Cl2↑+2H2O 解析

  44. 题组二 硅、无机非金属材料 4.硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述 不正确的是 ( ) A.硅单质可用来制造太阳能电池 B.二氧化硅是制造光导纤维的材料 C.二氧化硅是制造玻璃的主要原料 D.硅酸盐可用来制作水晶、玛瑙等工艺品 解析光导纤维的材料是SiO2，B项对;制造玻璃 的主要原料有SiO2、Na2CO3、CaCO3，故C项对； 制作水晶、玛瑙的材料主要成分是SiO2，并非是 硅酸盐，故D项错。 D

  45. 5.世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟5.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纯碱、石灰石和石英 B.普通玻璃的主要成分之一是二氧化硅 C.普通玻璃有固定的熔点 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生成硅酸钠而使瓶塞与瓶 口粘在一起

  46. 解析制造普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂在解析制造普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂在 玻璃熔炉中发生反应：Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑, 所以普通玻璃的成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的 混合物，没有固定的熔点。 答案C

  47. 6.青石棉（cricidolite）是一种致癌物质，其化学式6.青石棉（cricidolite）是一种致癌物质，其化学式 为Na2Fe5Si8O22(OH)2 (化学组成可表示为Na2O· 3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O)。青石棉用稀硝酸溶液处 理时,还原产物只有NO，下列说法正确的是( ) A.青石棉不属于硅酸盐原料 B.青石棉中含有一定量的石英晶体 C.青石棉属于新型无机非金属材料 D.1 mol青石棉能使1 mol稀硝酸被还原

  48. 解析由3FeO+10HNO3 3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O 得关系式： Na2Fe5Si8O22(OH)2~3FeO~HNO3 1 mol 1 mol 答案D

  49. 7.对于化学方程式SiO2+3C SiC+2CO↑,有关 叙述正确的是 ( ) A.反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂 B.硅元素被还原了，碳元素被氧化了 C.在反应中C是氧化剂 D.在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2 解析双线桥法表示反应中电子转移的方向及数目 如下： 反应中只有C元素 化合价改变，因此碳在反应中既是氧化 剂，又是还原剂，且n（氧化剂）∶n（还原剂） =1∶2。 D

  50. 8.含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含8.含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含 A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯 材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化 合物D。 （1）在元素周期表中，A位于族，与A同族 但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图 为，A与B在原子的电子层结构上的相 同点是。 （2）易与C发生化学反应的酸是，反应的 化学方程式是。

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