5.3.1 无机非金属材料 课件(共108张PPT)-高中化学 人教版（2019） 必修二

(共108张PPT)
第五章　
化工生产中的重要非金属元素
第三节　
无机非金属材料
[明确学习目标]
1．知道常见的硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷及生产它们的主要原料。
2．了解高纯硅的制备原理。知道硅和二氧化硅的用途。
3．知道一些新型无机非金属材料如硅和二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料等。
[核心素养对接]
1．通过对硅酸盐结构的了解培养学生宏观辨识与微观探析的能力。
2．通过对几种重要无机非金属材料生产及用途的学习，提高学生科学精神与社会责任。
课前篇
·
自主学习固基础
一、硅酸盐材料
[知识梳理]
1．硅酸盐
(1)结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，即以硅原子为中心，氧原子在四面体的4个顶角(如图所示)，许多这样的四面体还可以通过顶角的O相连接，即每个Si与周围4个O结合，每个O与2个Si结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料的特殊性质。
(2)性质：硅酸盐性质________，
熔点________，多数________溶于水。
(3)表示方法：硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，钠长石(NaAlSi3O8)可表示为Na2O·Al2O3·6SiO2。
稳定　
较高
难
(4) 最简单的硅酸盐——Na2SiO3
易　
水玻璃
SiO32－＋2H＋===H2SiO3↓　
2CO2＋SiO32－＋2H2O ===2HCO3－＋H2SiO3↓　
防火剂
2．传统的无机非金属材料——硅酸盐产品
玻璃 水泥 陶瓷
主要原料 ________、石灰石、________ ________、黏土 ________
主要设备 ________ ______________ 陶瓷窑
主要反应 __________________ __________________、 ________________ — —
纯碱　
石英砂
石灰石　
黏土　
玻璃窑　
水泥回转窑
SiO2＋Na2CO3====Na2SiO3＋CO2↑　
高温
SiO2＋CaCO3 ===== CaSiO3＋CO2↑　
高温
主要成分 普通玻璃 ________、________、 ________ ______________ 硅酸盐
Na2SiO3　
CaSiO3　
SiO2　
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
1．硅和二氧化硅
(1)硅晶片是生产________的基础，属于________材料，是因为硅元素位于元素周期表第________周期，第________族，单质的导电性介于________和________之间。高纯硅广泛用于信息技术和新能源技术领域。
芯片　
半导体　
三　
ⅣA　
导体　
绝缘体
(2)工业上制备高纯硅
①硅元素的存在：全部以化合态存在，主要以_________和氧化物(如水晶、玛瑙)形式存在。
②生产流程：石英砂——————→粗硅———→SiHCl3
———→高纯硅。
焦炭
1 800～2 000 ℃
HCl
300 ℃
H2
1 100 ℃
硅酸盐
写出其中涉及的主要化学反应的化学方程式：
___________________________________________________；
___________________________________________________；
___________________________________________________。
(3)光导纤维的生产需要________，优点：通信容量大，抗干扰性能好，传输信号不易衰减。
SiO2＋2C ============ Si＋2CO↑　
1 800～2 000 ℃
Si＋3HCl ======== SiHCl3＋H2
300 ℃
SiHCl3＋H2 ========= Si＋3HCl
1 100 ℃
SiO2
[自我排查]
1．单质硅在常温下化学性质稳定，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？为什么？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
尝试解答
提示：不正确。硅属于亲氧元素，虽然在常温下稳定，但在漫长的地质年代中，硅元素和氧结合在一起，都以化合态存在，主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。
2．实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用磨口玻璃塞？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：玻璃中含有SiO2，SiO2与碱反应生成具有黏合作用的硅酸盐，使瓶口和瓶塞黏结在一起而难以开启
课堂篇
·
重点难点要突破
研习1 硅、二氧化硅、硅酸盐
[重点讲解]
硅酸盐由于组成比较复杂，通常用氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：
(1)顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水；氧化物之间以“·”隔开。
一、硅酸盐氧化物形式的书写
(2)原则：各元素原子总个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。
例如：钠长石(NaAlSi3O8)不能写成12Na2O·12Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
(3)各元素的化合价不能改变。
1．硅元素的存在
二、硅、二氧化硅
2．硅单质
(1)物理性质：熔点高、硬度大、不溶于水。
(2)化学性质
①常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。
Si＋2F2===SiF4
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
(Si＋2NaOH＋4H4e－2O===Na2SiO3＋3H2O＋2H2↑)
[特别提醒]
能与NaOH溶液反应的单质：Al、Si、S(加热)、Cl2。
② 加热时能与氧气、氯气、碳等反应。
Si＋O2=====SiO2　
Si＋2Cl2=====SiCl4　
Si＋C=====SiC
△
△
高温
(3) 用途：半导体材料、芯片、太阳能电池。
3．二氧化硅
(1)存在
SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是SiO2。
(2)结构
SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的正四面体结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个Si原子。
(3) 物理性质
熔点高，硬度大，不溶于水。
(4) 化学性质
(5)用途
①沙子是基本的建筑材料。
②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。
③水晶和玛瑙用来制作饰物和工艺品。
④实验室中使用的石英坩埚。
4. 硅及其氧化物的特性
物质 一般规律 硅及其氧化物的特性
Si 硅的还原性比碳强 SiO2＋2CSi＋2CO↑
非金属单质与强碱反应一般不生成氢气 Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
非金属单质一般不与非氧化性酸反应 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
一般非金属单质为绝缘体 硅为半导体
物质 一般规律 硅及其氧化物的特性
SiO2 酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸 SiO2不溶于水，也不与水反应
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，碳酸酸性大于硅酸 Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
[联想质疑]
2018年3月5日，中国22岁的青年学者曹原在《自然》连刊两文介绍石墨烯超导重大发现，当将两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。2018年12月，《自然》杂志发布了2018年度影响世界的十大科学人物排行榜，曹原名列榜首。
石墨烯是一种由碳原子构成的六角型二维碳纳米材料，具有超高硬度、强度和导热系数等特性。
[问题探讨]
1．碳和硅的最外层电子数都是4，且碳元素的非金属性强于硅，但碳在自然界中有稳定的单质(如金刚石、石墨)，而硅却没有，其原因是什么？
提示：硅是一种亲氧元素，硅与氧形成硅氧四面体的稳定结构，故自然界中无游离态的硅，而是以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于自然界中。
2．工业上用焦炭和石英砂在高温下制备粗硅时，为什么要隔绝空气？写出工业上制备粗硅的化学方程式。
提示：因为高温下焦炭和空气中的O2发生反应，故制取粗硅时要隔绝空气，工业制取粗硅的化学方程式为
SiO2＋2=======Si＋2CO↑。
高温
3．已知：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，SiO2既能与NaOH溶液发生反应，又能与氢氟酸发生反应，因此，SiO2属于两性氧化物，这种说法正确吗？
提示：不正确；SiO2尽管能与氢氟酸反应，但与其他强酸(如HCl、HNO3等)不反应，故SiO2不属于两性氧化物，属于酸性氧化物。
4．你知道的碳纳米材料有哪些？碳化硅陶瓷是传统无机非金属材料还是新型无机非金属材料？
提示：碳纳米材料主要有富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。碳化硅陶瓷属于新型无机非金属材料。
[举一反三]
1．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是(　　)
A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgO·SiO2
C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2
D．硅酸铜钡(BaCuSi2O6)表示为BaO·CuO·2SiO2
D
解析：A项，Ca(Al2Si3O10)·3H2O应改为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
(排序错)；B项，Mg2SiO4应改为2MgO·SiO2(不能在化学计量数中出现分数)；C项，K2Al6Si6H4O24应改为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
(排序错)。
2．将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液；②浓Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是(　　)
A．①②③④ B．②④
C．①②③ D．②③
B
解析：CO2溶于水：CO2＋H2O====H2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液中至过量，Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O, CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而析出结晶。
3．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　)
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
C
解析：许多岩石和矿物中含有硅元素，①正确；水晶的主要成分是二氧化硅，所以水晶不是硅酸盐制品，②错误；光导纤维是由高纯度的二氧化硅制成的，③错误；陶瓷属于硅酸盐制品，④正确。
4．(双选)用石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2C=====Si(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4
③SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl
高温
△
高温
关于上述反应的叙述不正确的是(　 　)
A．①③是置换反应，②是化合反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均弱于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅
BD
解析：在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B错误；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同的反应器中发生的，D错误。
5．矿泉水一般是由岩石风化后，被地下水溶解其中的可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。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＋＋2HCO3－＋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)上述反应能够发生的原因是__________________________
_________________。
2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO3－＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4
K2O·Al2O3·6SiO2　
Al2O3·2SiO2·2H2O
H2CO3的酸性比H2SiO3强
解析：(1)将硅酸盐化学式写成氧化物形式时，需将氧以外的元素写成同价态的氧化物，并按活动性顺序排列，用“·”将它们连接起来，各种元素原子个数比符合原来的组成。
(2)此反应属于酸与盐发生的复分解反应，能发生的原因是酸性：H2CO3>H2SiO3。
演习篇
·
学业测试速达标
1．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
D
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。
2．在①浓硝酸、②水、③盐酸、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，常温时能与二氧化硅起化学反应的有(　　)
A．①② B．②④
C．④⑤ D．③④
C
3．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
B
解析：根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，按较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→SiO2→H2O的顺序排列，再调整各氧化物前的化学计量数并使其与昆仑玉化学式中一致，可得昆仑玉氧化物表示形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。
4．下列说法正确的是(　　)
A．CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，说明酸性：H2CO3>H2SiO3
B．SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性：H2SiO3>H2CO3
C．在复分解反应中必须是酸性强的生成酸性弱的
D．已知酸性：H2CO3>HClO>HCO3－，则CO2＋H2O＋2NaClO===Na2CO3＋2HClO
A
高温
解析：由于H2CO3能与Na2SiO3反应生成H2SiO3，则说明H2CO3酸性大于H2SiO3，A正确；在B项中，由于在高温条件下反应，CO2为气体逸出，不能比较酸性强弱；在C项中，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4，此反应为弱酸生成强酸；在D项中由于酸性：HClO>HCO3－，产物应为NaHCO3。
5．(双选)高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：
下列说法正确的是(　　)
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2C ===== Si＋2CO↑
B．步骤①②③中每生成或反应1 mol Si，转移4 mol电子
C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应
D．SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
高温
AD
解析：A项，产物为CO，正确；B项，第②、③步中转移2 mol电子，错误；C项，硅可与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，错误；D项，根据物质的沸点不同可用蒸馏的方法进行分离，正确。
6．某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；
②Mg在点燃的条件下按质量比8∶5与SiO2反应生成一种白色固体化合物和另一种硅化物；
③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH4；
④Si和SiO2均不能与稀H2SO4反应；
⑤SiH4在空气中自燃。
他们的研究报告中记载着“……选用合适的物质在适合的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期的63%左右。”请回答下列问题：
(1) 该小组“实验室制Si”的化学反应方程式是
____________________________________。
(2) 写出②的反应方程式：_______________________________。
2C＋SiO2=====Si＋2CO↑
高温
SiO2＋4Mg=====2MgO＋Mg2Si
点燃
(3)该过程中产率比预期低的原因是_______________________
______________________________________。
(4)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是什么？请用必要的文字和化学方程式予以说明：
_______________________________________________________________________________________。
部分硅与镁反应生成了硅化镁
SiH4能自燃，而有爆鸣声和火花就是由SiH4的自燃引起的，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
解析：(1)碳可以在高温下还原SiO2制得Si。反应的化学方程式为2C＋SiO2 ====== Si＋2CO↑。
(2)Mg与SiO2反应类似于Mg与CO2的反应，先生成MgO和Si，Si再和Mg反应生成Mg2Si，故可生成MgO和Mg2Si。
高温
课时作业(七)　
无机非金属材料
A篇·知识对点训练
1．下列物质中，不含有硅酸盐的是(　　)
A．水玻璃 B．硅芯片
C．黏土 D．普通水泥
B
解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸盐，硅芯片的主要成分是硅单质。
2．下列说法错误的是(　　)
A．二氧化硅是光导纤维的主要原料
B．硅是信息技术的关键材料
C．陶瓷餐具所用材料为硅酸盐
D．水晶镜片所用原料为硅酸盐
D
解析：水晶、光导纤维的主要成分为SiO2。Si用于信息产业及太阳能电池。传统硅酸盐材料是陶瓷、水泥、玻璃。
3．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
A．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸
B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在具有磨口玻璃塞的试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2=====CO2↑＋Na2SiO3可知，硅酸的酸性强于碳酸
C
高温
解析：陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸盐，其含有的SiO2能与氢氟酸反应，A项错误；硅酸钠是一种黏合剂，能将玻璃塞和瓶体粘在一起，不便于打开，B项错误；D项中的反应能发生是因为生成的CO2气体不断逸出，不能说明硅酸的酸性强于碳酸。
4．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
C
解析：石英玻璃、玛瑙的成分是SiO2，不属于硅酸盐，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。
5．制取下列物质不需要用石灰石作原料的是(　　)
A．硅酸 B．水泥
C．玻璃 D．生石灰
A
解析：硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。
6．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
D
解析：光导纤维不具有导电性，D不正确。
7．下列关于SiO2和CO2的说法中，不正确的是(　　)
A．CO2和SiO2都能与碱及碱性氧化物反应
B．CO2和SiO2都能与水反应生成相应的酸
C．CO2和SiO2都能与焦炭反应生成CO
D．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
B
解析：CO2能与水反应生成碳酸，但SiO2不能与水反应生成相应的酸，B错误。
8．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是(　　)
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　
②SiO2＋2C ===== Si＋2CO↑　
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　
④Na2CO3＋SiO2======Na2SiO3＋CO2↑　
高温
高温
⑤SiO2＋3C=======SiC＋2CO↑
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b．反应②中SiO2表现出氧化性
c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性
d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理
e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应
A．ace B．bde C．cde D．ab
高温
解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。
9．二氧化硅气凝胶是一种世界上最轻的固体，可以经受住1 kg炸药的爆炸威力。下列有关说法正确的是(　　)
A．利用二氧化硅气凝胶能够开发导电材料
B．激光照射二氧化硅气凝胶可产生丁达尔效应
C．计算机芯片的主要成分是二氧化硅
D．二氧化硅气凝胶能溶于水
B
解析：二氧化硅不导电，A错误；二氧化硅气凝胶属于胶体，能产生丁达尔效应，B正确；计算机芯片的主要成分是单晶硅，C错误；二氧化硅不溶于水，D错误。
10．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
A．陶瓷 B．玻璃
C．水泥 D．生石灰
D　
(2) SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_________________________________________，工艺师常用___________(填物质名称)来雕刻玻璃。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　
氢氟酸　
(3) 用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚
C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
防火剂　
D　
(4) 工业上常利用反应2C＋SiO2 ===== Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是____________。
高温
C　
SiO2
解析：(1)生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不属于硅酸盐。
(2) SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===
Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。
(4)该反应中C被氧化，SiO2中＋4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。
B篇·综合提升训练
11．化学在生产生活和科学研究中具有重要的作用。下列说法正确的是(　　)
①石英的主要成分是二氧化硅　
②三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料　
③太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能　
④二氧化硅的熔点高，硬度大，所以可用来制造电子部件和光学器件　
⑤水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
A．①②③ B．②④⑤
C．③④⑤ D．①②③④
解析：石英的主要成分是二氧化硅；水泥属于传统硅酸盐产品；太阳能电池的主要成分是硅；水晶项链的主要成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品；硅是半导体材料，可制造电子部件，二氧化硅光学性能优良，可制光学器件。综上所述，选A。
12．已知滑石粉的化学式为Mg3Si4O10(OH)2，色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是(　　)
A．滑石粉属于无机硅酸盐类物质
B．滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2O
C．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性
D．滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应
C
解析：硅酸盐是由硅、氧元素与其他元素组成的一类无机物的总称，故滑石粉属于无机硅酸盐类物质，A正确；可以将硅酸盐改写成氧化物的形式，B正确；爽身粉中添加滑石粉，主要是利用它的滑爽、柔软、干燥的特点，与耐火性无关，C错误；滑石粉中可能含有SiO2，可以与氢氟酸、NaOH溶液发生反应，D正确。
13．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是　
(　　)
A．加入过量盐酸，观察是否有气泡冒出
B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C．加热至高温，观察是否有气体冒出，是否有硅酸钙生成
D．加入过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现
D
解析：SiO2不溶于除氢氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3均可溶于盐酸，且CaCO3溶于盐酸有气泡生成。
14．(双选)下列说法正确的是(　 　)
A．普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2
B．制玻璃的过程中发生反应Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性H2SiO3>H2CO3
C．水晶玻璃、普通玻璃均属于硅酸盐产品
D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，用氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
AD
高温
解析：普通玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，A项正确；反应Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑能发生是因为生成的CO2不断逸出，且该反应不是在溶液中发生的，不能作为判断碳酸和硅酸酸性强弱的依据，事实上碳酸的酸性强于硅酸的酸性，B项错误；水晶玻璃的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐产品，C项错误。
高温
15．(双选)下列说法正确的是(　 　)
A．硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化
B．酸性溶液中可能大量存在Na＋、NH4＋、SiO32－
C．向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：SiO32－＋2H＋===H2SiO3↓
D．向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiO32－＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SO32－
AC
解析：B项，酸性条件下，SiO32－不能大量存在；D项，应生成HSO3－。
16．硅铝合金具有熔点低、凝固时收缩率小等优点，适合铸造。现取试样10.0 g，放在纯净氧气中完全燃烧，燃烧后的固体经称量发现比原来试样增重9.23 g，由此计算硅铝合金中硅的质量分数约为(　　)
A．12.3% B．15.4%
C．13.4% D．17.0%
C
解析：铝、硅燃烧反应的化学方程式分别为4Al＋3O2=====2Al2O3，Si＋O2======SiO2。固体增重质量就是参加反应的氧气的质量。设Si的质量为x g，则Al的质量为(10－x) g，根据化学反应方程式知，铝消耗的氧气的质量为96(10－x) g÷108，硅消耗的氧气的质量为32x g÷28，96(10－x) g÷108＋32x g÷28＝9.23 g，解得x≈1.34，硅铝合金中硅的质量分数为1.34 g÷10.0 g×100%＝13.4%。
点燃
点燃
17．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请填空：
(1)组成A单质的元素的最高化合价为________。
(2)B的化学式为________，B和碳反应生成A和E的化学方程式为_______________________________________________。
＋4价　
SiO2　
SiO2＋2C ===== Si＋2CO↑
高温
(3) C的化学式为___________，D的化学式为____________。
CaSiO3　
Na2SiO3
解析：由本题题眼“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似”，推知A为硅；根据框图B＋碳―→Si＋E，B既能与氧化钙反应又能与氢氧化钠反应，推知B为二氧化硅，进一步推知C为硅酸钙，D为硅酸钠，E为一氧化碳。
18．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粗硅与干燥的Cl2反应制得SiCl4：Si＋2Cl2=====SiCl4。
③SiCl4被过量的H2在1 000～1 100 ℃时还原制得纯硅。
△
某同学从资料中查知：SiCl4的熔点为－70 ℃，沸点为57.6 ℃，其在潮湿的空气中能与水发生反应而变质。该同学设计了以下制取纯硅的实验装置(热源及夹持装置略去)。
请回答下列问题：
(1)为使SiCl4从装置B中逸出与氢气混合，应采取的措施是__________________________________。
对装置B进行水浴加热
(2)盛放稀硫酸的仪器名称为________，装置A中发生反应的离子方程式为__________________________________________。
分液漏斗　
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(3)装置C能否采用普通玻璃管？________(选填“能”或“不能”)，原因是_______________________________________。
不能
在1 000～1 100 ℃时普通玻璃管会软化
(4) 已知SiCl4在潮湿的空气中能与水发生反应生成氯化氢，为防止空气污染，含有SiCl4的尾气要通入盛有___________溶液的烧杯中。
NaOH
(5)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，还应对该装置进行的改进是______________________________________________________
_________________________________________________。
在装置A与装置B之间连接一盛有浓硫酸的洗气瓶(或盛有碱石灰的干燥管)
解析：(1)SiCl4的沸点较低(57.6 ℃)，欲使其逸出烧瓶与装置C中的H2反应，需对装置B进行水浴加热。
(3)由于H2与SiCl4在1 000～1 100 ℃时反应制得纯硅，反应温度高，普通玻璃管在此温度下会软化，因此需要用石英管。
(5)为了防止装置A中的水蒸气进入装置B中，应在装置A、B之间加一干燥装置。
本课结束
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