教师VIP一对一第十六讲非金属1

重庆璧山戴氏精品堂主讲人：成功=信心+勤奋+努力+知识1第十五讲非金属专题·硅知识梳理：硅在地壳中含量26.3％，仅次于氧。以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在于岩石、沙子和土壤中，占地壳质量90％以上。在无机非金属材料中，硅元素一直扮演着主角，它位于第3周期，第ⅣA族，在碳的下方。Si对比C错误!未找到引用源。最外层有4个电子，主要形成四价的化合物。一、硅单质1、物理性质：硅与碳相似，有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石，它是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410℃），硬度大，有脆性，是良好的半导体。2、化学性质：常温下化学性质不活泼。常温可与F2、HF、NaOH反应，加热条件下可与O2、Cl2等物质反应Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑Si+2F2=SiF4Si＋4HF=SiF4＋2H2Si+O2SiO2Si+2Cl2SiCl43、制备：（1）粗硅制取：SiO2+2C2CO+Si（副反应SiO2+3CSiC+2CO↑）（2）粗硅提纯：Si+2Cl2SiCl44、应用：用途广泛，常用作半导体、晶体管及芯片、光电池等材料二、二氧化硅（SiO2）和硅酸（一）二氧化硅（SiO2）1、存在：硅是是一种亲氧元素，以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在。天然存在的二氧化硅称为硅石，包括结晶形和无定形两大类。石英是常见的结晶形二氧化硅，其中无色透明的就是水晶，具有彩色环带状或层状的是玛瑙。2、结构：二氧化硅晶体为立体网状结构，基本单元是[SiO4]，若干个四面体通过氧原重庆璧山戴氏精品堂主讲人：成功=信心+勤奋+努力+知识2子连接，即每个Si周围结合4个O，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合。实际上，SiO2晶体是由Si和O按1：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。SiO2的立体网状结构决定了它有良好的物理和化学性质，被广泛应用。如用作玛瑙饰物，制作实验室使用的石英坩埚，用作与信息高速公路骨架的光导纤维。3、物理性质：熔沸点高、硬度大、不溶于水。洁净的SiO2无色透光性好。4、化学性质：化学稳定性好、除HF外一般不与其他酸反应，可以与强碱（NaOH）反应，是酸性氧化物，在一定的条件下能与碱性氧化物反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OSiO2+CaOCaSiO3SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O因此，不能用玻璃瓶装HF，装碱性溶液的试剂瓶应用木塞或胶塞。（二）硅酸（H2SiO3）1、性质：酸性很弱（弱于碳酸）溶解度很小，它不能使紫色石蕊试液变红色。①硅酸不稳定：H2SiO3SiO2+H2O②硅酸能与碱反应：H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O③硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度小时——硅酸溶胶，浓度大时形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。2、制备：由于SiO2不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3酸性强弱比较：HClH2CO3H2SiO3硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。硅酸易形成胶体溶液，浓度较大时，则形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶是常用的干燥剂及催化剂的载体。①Na2SiO3＋CO2＋H2O错误!未找到引用源。H2SiO3↓＋Na2CO3②SiO2＋Na2CO3错误!未找到引用源。Na2SiO3＋CO2↑三、硅酸盐1、硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，在自然界分布极广。它是一大重庆璧山戴氏精品堂主讲人：成功=信心+勤奋+努力+知识3类结构复杂的固态物质，大多不溶于水（Na2SiO3、K2SiO3除外），化学性质很稳定。2、最简单的硅酸盐是硅酸钠Na2SiO3：可溶于水，其水溶液称作水玻璃或泡花碱，是制备硅胶和木材防火剂的原料，也可作肥皂填料和黏胶剂。3、硅酸盐组成的表示：硅酸钠Na2SiO3可表示为：Na2O·SiO2石棉CaMg3Si4O12可表示为：CaO·3MgO·4SiO2长石KAlSi3O8可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2普通玻璃的大致组成：CaNa2Si6O14可表示为：Na2O·CaO·6SiO2水泥的主要成分：3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3黏土的主要成份A12(Si2O5)(OH)4可表示为：A12O3·2SiO2·2H2O4、常用硅酸盐工业产品：玻璃、陶瓷、水泥等，它们是使用量最大的无机非金属材料。传统的硅酸盐陶瓷都是以黏土为原料，经过高温烧结而成的。近年来，具有特殊功能的陶瓷材料发展迅速，如高温结构的陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等。普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉粹，在玻璃窑中熔融制得的。水泥是以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研成细粉就得到普通水泥。5、其他具有特殊功能的含硅物质：硅与碳的化合物碳化硅（SiC，俗称金刚砂），具有金刚石结构，硬度很大，可用作砂轮、砂纸的磨料；含硅4%的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；人工合成的硅橡胶是目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶；人工制造的分子筛（一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐），主要用作吸附剂和催化剂等等。6．特殊功能的含硅物质物质性质用途碳化硅俗称金刚砂、具有金刚石的结构，硬度很大砂纸、砂轮的磨料含4%的硅钢有很高的磁性变压器芯片硅橡胶目前最好的耐高温又耐低温的材料制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料人工制造的分子筛具有均匀微孔结构，表面积大、具有吸附性吸附剂和催化剂巩固练习：一、选择题：重庆璧山戴氏精品堂主讲人：成功=信心+勤奋+努力+知识41．下列说法正确的是（）A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子BD解析：SiO2不溶于水；SiO2是Si—O键结合而成的空间网状的原子晶体，其中Si、O原子个数比为1∶2，不存在单个的“SiO2”分子。SiO2是酸性氧化物，但不与水和一般酸反应，常温下只能与氢氟酸反应。H2CO3的酸性比H2SiO3强，故CO2通入Na2SiO3溶液中可发生反应：CO2＋Na2SiO3＋H2O错误!未找到引用源。Na2CO3＋H2SiO3↓。正确选项为B、D。2．下列关于碳和硅的叙述中不正确的是（）A．金刚石和晶体硅都是原子晶体B．地壳中硅元素比碳元素含量多C．自然界里碳元素化合物比硅元素化合物种类多D．碳和硅的氧化物都是分子晶体3．下列说法正确的是（）A．SiO2溶于水显酸性B．CO2通入水玻璃中可得到原硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强B解析：SiO2是一种难溶于水的固体，故A是不正确的。SiO2可与HF作用，故保存氢氟酸时不能使用玻璃瓶。SiO2可与Na2CO3在高温条件下反应是因为生成的CO2气体能不断地从反应体系中逸出，从而促进平衡向正反应方向移动，而并非因为H2SiO3酸性比H2CO3强。4．10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO20.1mol，则此样品中可能含有的杂质是（）A．KHCO3和MgCO3B．MgCO3和SiO2C．K2CO3和SiO2D．无法确定B解析：10gCaCO3刚好相当于0.1mol，完全反应时恰好可放出0.1mol的CO2。若其中含有杂质，则应是一个产生CO2的能力强的（等质量的情况产生比CaCO3更多的气体）和另一个产生CO2的能力不如CaCO3或干脆不产生CO2的物质组成的混合物，符合该条件的只有B项。5．下列物质中不与二氧化硅反应的是（）A．烧碱B．氢氟酸C．硝酸D．生石灰重庆璧山戴氏精品堂主讲人：成功=信心+勤奋+努力+知识5C解析：一般而言，酸性氧化物不与酸起反应，但SiO2与HF的反应是此规律的特例。由二氧化硅的化学性质知，SiO2能与NaOH、HF、CaO反应，但不能与HNO3反应。6．石墨炸弹爆炸时，能在方圆几百米范围内撒下大量的石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨（）A．有剧毒B．易燃、易爆C．能导电D．有放射性C解析：学习中要将基础知识与实际应用相联系，解题时要善于捕捉关键信息。本题主要考查石墨的性质。根据题干中信息“造成输电线、电厂设备损坏”，可分析知与石墨物理性质中的导电性相关。7．下列关于二氧化硅的说法中，错误的是（）A．二氧化硅也叫硅酐B．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成C．不能用二氧化硅跟水直接作用制取硅酸D．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物D解析：酸酐与对应的酸中心元素化合价相同，SiO2和H2SiO3的化合价相同，所以SiO2尽管难溶于水，但它仍是硅酸的酸酐，A正确；SiO2为原子晶体，故SiO2不能表示其分子组成，即二氧化硅中并不存在SiO2分子，B错误；二氧化硅难溶于水，且不与水反应，无法直接与水反应制取硅酸，C正确；SiO2与HF酸反应的方程式为：SiO2＋4HF错误!未找到引用源。SiF4↑十2H2O，SiF4不是盐，SiO2与HF酸反应只是一种特殊情况，所以不能说SiO2是两性氧化物，D错误。8．纯净的碳酸氢钙试样在高温下分解，当剩余的固体物质质量为原试样质量一半时，碳酸氢钙的分解率是（）A．50％B．75％C．92.7％D．100％D解析：Ca（HCO3）2错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。＋错误!未找到引用源。↑①CaCO3错误!未找到引用源。CaO＋CO2↑②由①可知当Ca（HCO3）2全部分解后，剩余固体质量大于一半，所以只有②也发生反应才有可能使质量减少一半。又因为Ca（HCO3）2稍加热就分解，而CaCO3必须在高温下才分解。即当CaCO3发生分解时，Ca（HCO3）2已全部分解完毕。9．二氧化硅是酸酐的原因是（）A．它溶于水得相应的酸B．它对应的水化物是可溶性强酸重庆璧山戴氏精品堂主讲人：成功=信心+勤奋+努力+知识6C．它与强碱溶液反应只生成盐和水D．它是非金属氧化物C解析：SiO2是酸酐的原因应当是它与强碱溶液反应只生成盐和水，它不溶于水，对应的酸H2SiO3也不是强酸，故应选C。10．下面关于硅的叙述中，正确的是（）A．硅的非金属性比碳强，只有在高温下才能跟氢气起化合反应B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料D解析：硅的非金属性比碳弱，A项错；硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位，排名前四位的是O、Si、Al、Fe，所以B项错；硅在自然界中是以化合态存在的，所以C项也错，答案应选D。11．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（）A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解D解析：SiO2不溶于除氢氟酸以外的酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸且CaCO3溶于盐酸有气泡生成，SiO2可以溶于NaOH溶液。本题应选D。12．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（A．CO2→H2CO3B．SiO2→Na2SiO3C．Na2O2→Na2CO3D．SiO2→H2SiO313．某无色溶液中加入过量盐酸有沉淀产生，过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生，下列溶液中符合此条件的是（）A．Ag+、Al3+、K+B．SiO32、AlO2、K+C．Ag+、Cu2+、Na+D．Ag+、Ba2+、Na+14．下列离子方程式，正确的是（A．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca2++2