版高中化学鲁科版必修1学案412 硅酸盐与无机非金属材料 Word版含答案Word文档格式.docx

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硅酸三钙（3CaO·

SiO2）、硅酸二钙（2CaO·

SiO2）、铝酸三钙（3CaO·

Al2O3）

二、新型无机非金属材料

材料类别

示例

高温结构陶瓷

碳化硅（SiC）陶瓷，氮化硅（Si3N4）陶瓷

压电陶瓷

钛酸钡（BaTiO3）陶瓷、钛酸铅（PbTiO3）陶瓷

生物陶瓷

氧化铝（Al2O3）陶瓷，氧化锆（ZrO2）陶瓷

【练一练】

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×

”

（1）因为Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑，所以H2SiO3的酸性大于H2CO3（　　）

（2）因为硅酸盐能表示成氧化物形式，所以它们是由氧化物组成的（　　）

（3）新型无机非金属材料的成分都不是硅酸盐（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）×

2．回答下列问题：

（1）实验室配制好的硅酸钠溶液保存过程中变质的主要原因是________________________________________________________________________，

变质现象是_____________________________________________________，

相应化学方程式是_______________________________________________________。

（2）写出由SiO2制取H2SiO3反应的化学方程式_______________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）空气中的CO2与Na2SiO3水溶液发生了反应

生成白色胶状沉淀物　Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓

（2）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O、

Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl

一、硅酸盐

1．表示方法

（1）化学式法：

如硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）等。

此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。

（2）氧化物法：

一般用于组成比较复杂的硅酸盐。

①各氧化物的排列顺序：

较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→SiO2→H2O。

②氧化物化学式之间用“·

”隔开。

③氧化物前系数配置原则：

除氧元素外，其他元素均表示成化合价相同的氧化物，并按前后原子个数守恒原则配置系数。

④系数出现分数时化为整数。

如石棉：

Mg3Ca（SiO3）4→CaO·

3MgO·

4SiO2。

2．性质

（1）多数硅酸盐难溶于水，常见易溶于水的硅酸盐有Na2SiO3、K2SiO3等。

（2）一般硅酸盐熔点高，化学性质稳定，耐高温，难分解。

（3）硅酸酸性弱，且不溶于水，所以硅酸盐能与酸反应。

3．硅酸钠

（1）物理性质：

可溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。

“水玻璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。

（2）化学性质：

易与酸反应。

与强酸反应：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

与CO2反应：

CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；

CO2过量，Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓。

【例1】　矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。

此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。

例如，钾长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土[Al2Si2O5（OH）4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO

＋4H2SiO3＋Al2Si2O5（OH）4。

（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：

①KAlSi3O8______________________________________________________。

②Al2Si2O5（OH）4________________________________________________________。

（2）这个反应能够发生的原因是______________________________________________

解析　

（1）用氧化物表示硅酸盐时的顺序为活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水。

则KAlSi3O8为K2O·

6SiO2；

Al2Si2O5（OH）4为Al2O3·

2SiO2·

2H2O

（2）从化学方程式可知H2CO3制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。

答案　

（1）①K2O·

6SiO2　②Al2O3·

2H2O　

（2）因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸

解题反思

（1）由于硅酸盐组成复杂，用氧化物表示其组成只是为了简化对硅酸盐组成的表示，不能理解成硅酸盐以氧化物的形式存在。

（2）硅酸盐中各元素正负化合价代数和为零。

（3）硅酸（H2SiO3）是一种难溶于水的白色胶状物，酸性比碳酸还弱，硅酸受热分解为二氧化硅和水。

变式训练1　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3000年以前，就已经使用玻璃了。

”下列有关普通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．玻璃在加热熔化时有固定的熔点

C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

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反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起

答案　B

解析　普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；

玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；

普通玻璃的主要组成为Na2SiO3、CaSiO3、SiO2，C正确；

二氧化硅易与碱液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不得用玻璃塞。

二、硅的性质及其化合物的转化

1．硅的性质及制取

（1）硅的化学性质

①常温下能与F2、HF、强碱等反应

2F2＋Si===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

②加热下能与O2、Cl2、C等反应

Si＋O2

SiO2，Si＋2Cl2

SiCl4，Si＋C

SiC。

（2）硅的制取

①2C＋SiO2

2CO↑＋Si（粗硅）。

②纯硅的制取

Si（粗）＋2Cl2

SiCl4

SiCl4＋2H2

Si（纯）＋4HCl。

特别提醒

（1）硅与碳相似，常温下化学性质都不活泼。

（2）虽然碳比硅活泼，但碳在自然界中以游离态和化合态存在，而硅只能以化合态存在，原因是硅是亲氧元素。

2．硅及其化合物的转化关系

（1）因为SiO2不溶于水，因此不能用SiO2与水反应制备硅酸。

（2）制备硅酸的原理是“强酸制弱酸”这一原理可用来设计酸性强弱比较的实验，例如证明酸性：

盐酸>

碳酸>

硅酸。

【例2】　如图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物，其中，B是一种单质，其余物质也都是含B元素的化合物。

C是一种钠盐，E是C对应的酸，B的结构类似金刚石，D为B的氧化物（其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去）。

请填写空白。

（1）A、D、E的化学式分别为________、________、________________________。

（2）A和B的相互转化在工业上有什么重要应用？

（3）写出D―→C反应的化学方程式：

______________________________________

（4）写出E―→D反应的化学方程式：

________________________________________

解析　本题的突破口是：

“B是一种单质”、“B的结构类似金刚石”。

据此，容易推断出B是晶体硅。

硅与氯气在加热条件下生成SiCl4，因此，A为SiCl4。

经过分馏提纯后得到纯净的SiCl4，SiCl4可以被氢气还原得纯净的硅。

根据D能转化成B（Si），可知D为SiO2，由此可知其他答案。

答案　

（1）SiCl4　SiO2　H2SiO3

（2）粗硅提纯

（3）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

（4）H2SiO3

SiO2＋H2O

　硅及其化合物转化关系题中的突破口

（1）硅、二氧化硅的结构：

如硅与金刚石结构相似。

（2）硅、二氧化硅的物理性质：

如硬度大，熔沸点高。

（3）特征性质

①与强碱溶液反应放出H2的非金属单质是硅。

②不与H2O反应，能与氢氟酸反应（或雕刻玻璃）的酸性氧化物为SiO2。

③难溶于水的无机酸是H2SiO3。

变式训练2　下列有关硅材料的说法正确的是________（填字母）。

A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥

B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承

C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维

D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高

E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅

答案　BC

解析　A项，水泥的主要成分是硅酸盐；

B、C选项根据硅的化合物的用途可知，两项说法都正确；

D项中玻璃是混合物，没有固定熔点；

E项，盐酸与硅不反应。

1．熔融氢氧化钠应选用（　　）

A．石英坩埚B．普通玻璃坩埚

C．生铁坩埚D．陶瓷坩埚

答案　C

解析　烧碱与二氧化硅反应。

2．下列关于硅酸的说法中正确的是（　　）

A．硅酸的酸性比碳酸的强

B．由反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3（胶体）制取硅酸，利用了可溶性酸制难溶性酸的性质

C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应

D．硅酸可用于制备干燥剂“硅胶”

答案　D

解析　硅酸的酸性比碳酸的弱，A项错误；

B项中的反应利用了强酸制弱酸的原理，错误；

硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C项错误。

3．绿柱石又称绿宝石，其主要成分为BenAl2[Si6O18]，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，则n为（　　）

A．1B．2

C．3D．4

解析　BenAl2[Si6O18]写成氧化物形式为nBeO·

6SiO2，则由氧原子个数知：

n＋3＋6×

2＝18，n＝3。

4．下列离子方程式不正确的是（　　）

A．石英与烧碱反应：

SiO2＋2OH－===SiO

＋H2O

B．硅与烧碱反应：

Si＋2OH－===SiO

＋H2↑

C．硅酸钠溶液中通入少量CO2：

SiO

＋CO2＋H2O===CO

＋H2SiO3↓

D．往水玻璃中加入盐酸：

2H＋＋SiO

===H2SiO3↓

解析　硅与烧碱溶液反应时，H2O参与反应，Si＋2OH－＋H2O===SiO

＋2H2↑。

5．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是（　　）

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克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大强度

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都是硅酸盐

解析　新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料易碎、强度不够等缺点，并且具有特殊结构、特殊功能；

新型无机非金属材料的主要成分并不一定是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。

6．硅酸盐具有特殊的性质与应用，回答下列问题：

（1）硅酸盐材料是传统无机非金属材料，下列产品属于硅酸盐的是________（填序号）。

①玻璃　②陶瓷　③石英玻璃　④硅芯片　⑤光导纤维

⑥水泥　⑦砖瓦

（2）在炼铁、水泥、玻璃的制备时，都需要的原料是________________________________________________________________________。

（3）磷酸钙陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造人造骨骼，这是利用了这类材料的________（填字母）。

A．耐高温的特性B．电学特性

C．光学特性D．生物功能

（4）向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，现象是__________________，化学方程式为__________________________________________，说明酸性________＞________。

（5）我国成功地发射了嫦娥一号探测卫星，对月球土壤中14种元素的分布及含量进行探测。

月球上的主要矿物有辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[Mg2Fe2SiO6]等，则橄榄石中铁为________价，斜长石的氧化物形式可表示为________________，辉石、斜长石及橄榄石属于________（填“氧化物”、“混合物”或“硅酸盐”），辉石[CaMgSi2O6]________（填“难”或“易”）溶于水。

答案　

（1）①②⑥⑦　

（2）碳酸钙（或CaCO3）　（3）D　（4）生成白色沉淀　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3　或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3　H2CO3　H2SiO3　（5）＋2　K2O·

6SiO2　硅酸盐　难

分层训练

[基础过关]

题组一　硅酸盐的性质及应用

1．制取下列物质，无须用到二氧化硅的是（　　）

A．玻璃B．水泥

C．粗硅D．光导纤维

解析　生产玻璃的原料是二氧化硅、石灰石、碳酸钠，生产水泥的原料是石灰石和黏土，生产粗硅的原料是碳和二氧化硅，二氧化硅用于制光导纤维。

2．下列说法正确的是（　　）

A．石英玻璃、玛瑙、水泥和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

B．红宝石、珍珠、水晶、钻石等装饰品的主要成分都是硅酸盐

C．氢氟酸能够雕刻玻璃

D．硅酸具有酸的通性，能使石蕊溶液变红

解析　石英玻璃、玛瑙的成分是SiO2，不属于盐，A不正确；

红宝石的主要成分为三氧化二铝、珍珠的主要成分为CaCO3、水晶的主要成分为SiO2、钻石为碳单质，均不属于硅酸盐，B不正确；

氢氟酸能与玻璃的成分之一SiO2发生反应：

4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O，C正确；

硅酸具有酸的通性，例如能与碱反应，但其难溶于水，不能使石蕊溶液变色，D错。

3．下列表述中不正确的是（　　）

A．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

B．三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料

C．太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能

D．金刚砂、硅橡胶、高温结构陶瓷氮化硅等新材料都是具有特殊功能的含硅的物质

答案　A

解析　玛瑙的主要成分为SiO2而不是硅酸盐；

水泥的主要成分为3CaO·

SiO2、2CaO·

SiO2、3CaO·

Al2O3，是硅酸盐材料；

太阳能电池是利用高纯单质硅的半导体制成的能将光能转化为电能的电池，有利于环保、节能；

金刚砂（SiC的俗称）、硅橡胶、氮化硅（Si3N4）等都是含硅元素的新型材料，性能优异。

4．下列有关硅及其化合物说法正确的是（　　）

A．硅胶作袋装食品的干燥剂过程中发生化学变化

B．在给定条件下，SiO2

Si转化均能实现

C．在给定条件下，粗硅

Si转化均能一步实现

D．SiO2可由两种单质直接反应生成，将其加入Ba（HCO3）2溶液中同时有气体和沉淀产生

解析　A选项，硅胶的吸水过程为物理变化，错误；

B选项，SiO2与HCl不反应，错误；

C选项，此转化过程为工业上制取纯硅的反应过程，每步反应均能发生，正确；

D选项，二氧化硅不溶于水，不能与碳酸氢钡反应，错误。

5．下列溶液中①硅酸钠溶液　②氢氟酸　③氢氧化钠溶液

④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是（　　）

A．①③B．②④

C．②③D．①④

解析　氢氟酸腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶。

氯化钠溶液可以用玻璃试剂瓶和磨口玻璃塞，硅酸钠是一种黏合剂，可以用玻璃试剂瓶，不能用磨口玻璃塞。

氢氧化钠与玻璃中的主要成分SiO2反应生成硅酸钠，因此也不能用磨口玻璃塞。

题组二　硅酸盐及表示方法

6．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃。

下列关于水玻璃的说法中，正确的是（双选）（　　）

A．水玻璃是一种纯净物

B．水玻璃可做木材防火剂

C．水玻璃与盐酸反应所得的胶状物是二氧化硅

D．滴有酚酞的水玻璃呈红色，说明水玻璃呈碱性

答案　BD

解析　水玻璃是Na2SiO3的水溶液，是一种混合物；

由于Na2SiO3的热稳定性极好，又不能燃烧，所以常用做木材防火剂；

Na2SiO3溶液中滴入盐酸发生反应：

Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3（胶体）＋2NaCl，Na2SiO3溶液能使无色酚酞溶液变红色，说明水玻璃显碱性。

7．兵马俑中所用颜料成分大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（　　）

A．可用氧化物形式表示为BaO·

CuO·

2SiO2

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶于强酸溶液和强碱溶液

D．x等于6

解析　硅酸铜钡中各元素化合价：

a

u

i2

x，由化合物中各元素正负化合价代数和等于零得：

2＋2＋4×

2－2x＝0，x＝6。

化学式为BaCuSi2O6用氧化物形式表示为BaO·

2SiO2，因兵马俑至今仍保留蓝紫色，说明它性质稳定，不易脱色。

硅酸盐除了钾盐、钠盐一般都不溶于水，BaO·

2SiO2与强碱溶液不反应，与强酸反应，最后仍有不溶的SiO2存在。

题组三　无机非金属材料

8．硅被誉为无机非金属材料的主角。

下列物品用到硅单质的是（　　）

A．陶瓷餐具B．石英钟表

C．计算机芯片D．光导纤维

解析　陶瓷餐具的成分为硅酸盐，石英和光导纤维的主要成分是二氧化硅。

9．下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是（　　）

A．高纯硅可用于制造半导体材料

B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷

C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面

D．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆

解析　光导纤维不具有导电性，D不正确。

10．

（1）硅是带来人类文明的重要元素之一。

下列物质中主要成分是硅酸盐的是（　　）

A．陶瓷B．金刚石

C．水晶D．大理石

（2）玻璃是一种常用的硅酸盐材料。

制备普通玻璃的原料有CaCO3、________和________（填化学式）。

（3）氮化硅（Si3N4）是一种新型无机非金属材料，在烧制氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物。

该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

答案　

（1）A　

（2）Na2CO3　SiO2　（3）3SiO2＋2N2＋6C

Si3N4＋6CO

解析　

（1）陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品。

石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶形和色彩，其中无色透明的晶体就是通常所说的水晶。

（3）合成Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6C―→Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故化学方程式为3SiO2＋2N2＋6C

Si3N4＋6CO。

[能力提升]

11．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素（用R表示）的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气。

请回答下列问题。

（1）写出各物质的化学式：

A________；

B__________；

C________；

D________；

E________。

（2）写出反应①的化学方程式：

______________________________________，

该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

（3）写出反应④的离子方程式：

______________________________________________

（4）写出反应⑤的离子方程式：

（5）H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：

答案　

（1）SiO2　CaSiO3　Na2SiO3　Si　H2SiO3

（2）SiO2＋2C

Si＋2CO↑　1∶2

（3）Si＋2OH－＋H2O===SiO

＋2H2↑

（4）SiO

＋Ca2＋===CaSiO3↓

（5）SiO

＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO

（或SO

＋2CO2＋2H2O===2HCO

＋H2SiO3↓）

解析　解答本题的“突破口

（1）”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。

“突破口

（2）”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。

从而推