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第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅【高考新动向】考点梳理1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.了解常见无机非金属材料的性质和用途【考纲全景透析】一、C、Si单质性质及其用途的比较。1.物理性质碳硅存在形态既有游离态，又有化合态；主要单质有：金刚石、石墨、C60等同素异形体在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在；主要单质有：晶体硅和无定性硅两大类单质的物理性质金刚石熔点很高，硬度很大；石墨熔点很高（比金刚石高）硬度较小，能导电，有滑腻感。晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很高，硬度很大；是良好的半导体材料。用途金刚石用作切割工具；石墨用作电极、铅笔芯。含硅4％的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；含硅15％的硅钢具有很好的耐酸性能，作为耐酸材料；制光电池等2.化学性质(1)碳单质的化学性质——还原性①与O2反应：O2不足：2C+O22CO；O2充足：C+O2CO2②与其他物质反应：a.与CuO反应：点燃点燃2CuO+C2Cu+CO2↑(可用于某些金属的冶炼)；b.与CO2反应：CO2+C2CO；c.与水蒸气反应：C+H2O(g)CO+H2(用于生产水煤气)；d.与浓硫酸反应：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。(2)硅的化学性质——还原性①与氢氟酸反应：Si+4HF====SiF4↑+2H2↑；②与NaOH溶液反应：Si+2NaOH+H2O=====Na2SiO3+2H2↑;③与O2反应：Si+O2SiO2。二、CO2和SiO2的比较物质二氧化硅二氧化碳晶体类型原子晶体分子晶体物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2+H2OH2CO3②与酸反应SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O不反应③与碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或CO2+NaOH=2NaHCO3④与盐反应SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3＝CaSiO3+CO2↑Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClOCO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3△△高温高温△高温高温高温⑤与碱性氧化物反应SiO2+CaO＝CaSiO3CO2+Na2O＝Na2CO3⑥与碳反应CO2+C2CO；22C+SiOSi+2CO高温主要用途化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂，人工降雨。制光学仪器、石英玻璃。水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。3、硅酸及硅酸盐（1）硅酸①物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。⑵化学性质：a.弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为：H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。b.不稳定性：受热易分解，化学方程式为：H2SiO3△H2O+SiO2。⑶制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl⑷用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2、硅酸盐⑴硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。⑵硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。⑶硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O·SiO2。长石（KAlSi3O8）可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。（注意：硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；表示顺序一般为：活泼金属的氧化物·较活泼金属的氧化物·二氧化硅·水。三、常见无极非金属材料及其主要用途1.传统的无极非金属材料硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土反应原理发生复杂的物理化高温高温学变化（不作要求）SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3＝CaSiO3+CO2↑主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温高温(2)主要用途陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。2.特殊功能的含硅物质(1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。(2)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。【热点难点全析】1.硅及其化合物的特殊性质1.硅(1)硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅却只有化合态。(2)硅的还原性强于碳，但碳能还原SiO2：SiO2+2C2CO↑+Si。(3)非金属单质跟碱溶一般无H2产生，但Si能跟碱溶液放出H2：Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑。(4)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应。(5)非金属单质一般为非导体，但硅为半导体。2.二氧化硅(1)非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔点却很高。(2)酸性氧化物一般不跟酸反应，但SiO2能跟氢氟酸反应。3.硅酸(1)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。(2)H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑能发生是因为生成的CO2容易挥发。高温【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，向稀盐酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀产生，则原氧化物是()A．Al2O3B．MgOC．SiO2D．Fe2O3[答案]C[解析]能与NaOH反应的氧化物有Al2O3、SiO2，生成物分别为NaAlO2和Na2SiO3，但由于题目中是向稀盐酸中加所生成化合物的水溶液，即盐酸过量，NaAlO2与过量盐酸反应生成AlCl3，无沉淀，Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3白色沉淀，故选C。二、CO2与碱的反应及CO2－3、HCO－3的检验1.CO2与NaOH反应成分的判断(1)反应原理NaOH――→少量CO2Na2CO3――→过量CO2NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断方法溶质的成分X≤1∶1NaHCO31∶1X2∶1Na2CO3、NaHCO3X＝2∶1Na2CO3X2∶1NaOH、Na2CO3（3）CO2与常见溶液的反应和现象①Ca(OH)2或Ba(OH)2溶液CO2不足时，生成白色沉淀；CO2过量时，生成的白色沉淀消失，溶液变澄清。②Na2SiO3溶液CO2不足：Na2SiO3+H2O+CO2====Na2CO3+H2SiO3↓；CO2过量：Na2SiO3+2H2O+2CO2====2NaHCO3+H2SiO3↓。两种情况均生成白色胶状沉淀。③饱和Na2CO3溶液Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3↓，有白色固体析出。2.CO2－3、HCO－3的检验(1)CO2－3的检验向待检验溶液中滴加一定量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的酸，白色沉淀溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有CO2－3。(2)HCO－3的检验向待检验溶液中滴加足量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中有HCO－3。【典例2】下列说法正确的是()A．将CO2通入CaCl2溶液或饱和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，说明可能有CO2－3不可能含有HCO－3C．在标准状况下将2.24LCO2通入100mL1.0mol/L的NaOH溶液中充分反应，其反应的离子方程式为：CO2＋2OH－===CO2－3＋H2OD．NaHCO3溶液和Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鉴别[答案]D[解析]A项CO2与CaCl2不反应，无现象，与饱和Na2CO3溶液反应生成溶解度更小的NaHCO3，从而析出沉淀；B项溶液中可能含CO2－3，也可能含有HCO－3、SO2－3、HSO－3，B错；C项中n(CO2)∶n(NaOH)＝1∶1，反应应该为CO2＋OH－===HCO－3，C错；D项，CaCl2与NaHCO3不反应，与Na2CO3反应生成CaCO3白色沉淀，D项正确。【高考零距离】1、（2012·江苏高考·13）下列根据实验操作和现象所得出的结论正确的是选项实验操作实验现象结论A向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液均有固体析出蛋白质均发生变性B向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀溶液X中一定含有SO42－C向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体出现白色沉淀H2SiO3的酸性比H2CO3强D向浓度均为0.1mol·L－1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液出现黄色沉淀Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)【参考答案】D【分析】本题属于常规实验与基本实验考查范畴。A.向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液，虽然实验现象均有固体析出，但一是盐析，一是变性；一是可逆变化，一是不可逆变化。B.向溶液中先滴加稀硝酸，再滴加Ba(NO3)2溶液，出现白色沉淀就得出溶液X中一定含有SO42－是不合理的，若溶液中有SO32－也出现白色沉淀。C.向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，结论应为H2CO3的酸性比H2SiO3强。D.向浓度均为0.1mol·L－1NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液，出现黄色沉淀，说明沉淀向着溶解度更小的方向转化，结论应该是Ksp(AgCl)＞Ksp(AgI)。【备考提示】常见物质的制备、分离提纯、除杂和离子检验等都是学生必备的基本实验技能，我们要在教学中不断强化，反复训练，形成能力。【解题指南】解答本题时应注意盐析和变性的区别、硫酸根的检验方法、强酸制弱酸和沉淀溶解平衡的有关原理，并应用相关原理来分析具体问题。【解析】选D。选项具体分析结论A蛋白质中加入轻金属盐发生盐析，加入重金属盐发生变性错误B若溶液中含有SO2—3（不含SO2—4），加入稀硝酸SO2—3被氧化为SO2—4，也会产生硫酸钡白色沉淀错误C硅酸钠溶液中通二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强错误DCl—、I—物质的量浓度相同，氯化银、碘化银为同类型化合物，出现的黄色沉淀为碘化银，说明碘化银溶度积小正确2、（2012·海南高考·1）化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是A．CO2属于大气污染物B．酸雨是pH小于7的雨水C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧【解析】CO2不属于大气污染物，酸雨pH5.6。【答案】D3、（2012·上海高考·22）PbO2是褐色固体，受热分解为Pb的+4和+2价的混合氧化物，+4价的Pb能氧化浓盐酸生成Cl2；现将1molPbO2加热分解得到O2，向剩余固体中加入足量的浓盐酸得到Cl2，O2和Cl2的物质的量之比为3：2，则剩余固体的组成及物质的量比是A．1：1混合的Pb3O4、PbOB．1：2混合的PbO2、Pb3O4C．1：4：1混合的PbO2、Pb3O4、PbOD．1：1：4混合的PbO2、Pb3O4、PbOAD【解析】本题通过元素化合物转化考查考生计算、分析推理能力。PbO2受热分解得到氧气和铅的氧化物的混合物（Pb为+4、+2价），铅的氧化物的混合物再与盐酸作用时，+4价Pb还原为+2价，Cl-被氧化为Cl2，此时得到溶液为PbCl2溶液，利用“电荷守恒”知1molPbO2在上述转化过程中共转移2mole-。设该过程得到