4.1硅 无机非金属材料（2课时）
第2课时 硅酸盐与无机非金属材料
课时达标
1．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
2.（原创）下列物质：①水泥 ②玻璃 ③陶瓷 ④水晶，其中属于硅酸盐工业产品的是（ ）
A．只有①② B．只有②④
C．只有①②③ D．全部
3.（原创）在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都用到的原料是（ ）
A.纯碱 B.石灰石
C.石英 D.黏土
4.（1）想一下为什么可将陶瓷、玻璃 、水泥归纳在一起，然后从下列所给的4个词中选出1个与它们同类的物质（ ）
A.光导纤维 B.有机玻璃
C.人造纤维 D.砖瓦
（2）属于新型无机非金属材料的是（）
A.钢化玻璃 B.碳化硅陶瓷
C.合成橡胶 D.硼酸盐玻璃
（3）人造骨是一种新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构。植入人体内，人造骨可以依靠从人体体液中吸收某些离子而形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼的牢固结合。人造骨植入人体内需要吸收人体中的哪些离子形成新骨（ ）
A.Ca2+ B.Cl-
C.Na+ D. Ca2+、PO43-
5.（原创）用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中不正确的是（ ）
A、钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B、镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·3SiO2
C、正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·6SiO2
D、高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
6. 下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是（ ）
A、烧碱溶液 B、浓硫酸
C、氢氟酸 D、碳酸钠溶液
7.（选用）高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是（ ）
A 7，2 B 5，4
C 6，3 D 3，6
8．（原创）精细陶瓷（又称特种陶瓷），在现代科技中应用前景很广。在SiO2中加入少量PbCl2研磨成极细的颗粒，以高温烧结制成多空烧结体。这种多孔烧结体具有相当大的比表面积，将它和电子元件及仪表组成“电子鼻”，被称为“人工神鼻”，冰箱泄露的氟利昂浓度达十万分之一也能“嗅”出。下列关于“人工神鼻”的叙述中错误的是（ ）
A. “人工神鼻”大大突破了人的嗅觉范围
B. “人工神鼻”吸附气体的能力极强
C. “人工神鼻”可广泛用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警
D. “人工神鼻”易溶于水
9. 三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁（Mg2Si3O8·nH2O）写成氧化物的形式为 ，它中和胃酸（HCl）的化学反应方程式为 。
思维升华
10. (变式)下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是 （ ）
A. 硅酸钠溶液 B.氢氟酸
C. 氢氧化钠溶液 D.氯化钠溶液
11．（选用）新型无机材料碳化钛
（TiC）、氮化硅（Si3N4）等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进行，在合成中必须注意（ ）
A. 通入足量的氧气
B. 避免与氧气接触
C. 可在氮气气氛中合成
D. 通入少量氧气
12.（原创）将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液，②Na2SiO3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
13.A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种元素，它们能发生如下图所示的变化。且该元素的单质用R表示能与强碱溶液反应生成盐Na2RO3和氢气。
1 写出这五种物质的化学式：A 、B 、C 、
D 、E 。
2 写出下列反应的化学方程式：
A D：
A B：
创新探究
14.（变式）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮气在1300℃反应获得。
(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是 。(填序号)
A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃
C．制永久性模具 D．制造柴油机
(2)写出Si的原子结构示意图： ，
写出氮化硅的化学式 。
(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不跟其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的学方程式 。
(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学程式是：
附：答案
课时达标
1．C 硅元素在地壳中的含量仅次于氧，排第二位，是构成岩石和矿物的基本元素，①正确；水晶饰物的材质主要是二氧化硅，不是硅酸盐产品，②错误；广泛用于制作光导纤维的是二氧化硅，而不是硅单质，③错误；陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料，④正确。
2C 水晶是二氧化硅，是非金属氧化物，不属于硅酸盐。
3.B 解答本题时应熟悉炼铁、制玻璃、制水泥等产品的原料情况。制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英；制水泥的原料是石灰石、黏土等；炼铁的原料是铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。相互对比后可知B项正确。
3.C氢氟酸能与玻璃的组成成分反应（4HF+SiO2= SiF4↑+2H2O），氢氟酸不能储存在玻璃瓶中。
4. ⑴D ⑵B ⑶ D
⑴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，传统无机非金属材料主要是指硅酸盐材料。如玻璃、陶瓷、水泥，其中砖瓦是陶瓷的一种，所以⑴选D。新型无机非金属材料的品种较多：如高温结构陶瓷和光导纤维等，其中氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等属于高温结构陶瓷，所以⑵选B。
⑶新型无机非金属材料具有：耐高温特性、光学特性、电学特性和生物特性，人造骨是利用了生物特性，根据人造骨类似人骨和天然牙的性质和结构以及人骨的主要成分是Ca3(PO4)2,所以从人体中吸收Ca2+和PO43-。
5. B 用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其通式为：aMxNy·bSiO2·cH2O 。当金属有多种时，先写活泼金属的氧化物，按K2O、 Na2O、 CaO 、MgO等顺序排列；各氧化物化学式之间用“·”隔开；各氧化物前的计量数只能取整数；写成氧化物后，原化学式中各元素的原子个数比应保持不变。Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2，B错误
6.C 氢氟酸能与玻璃反应，不能用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸。
7. B 化合物中正负化合价的代数和为0。2×（+3）+（+4）×2+（-2）x+（-2）y+（+1）y=0 2 x+ y=14，将各选项分别代入等式，只有B项正确。
8. D “人工神鼻” 能“嗅”出冰箱泄露的十万分之一浓度的氟利昂，大大突破了人的嗅觉范围，A正确；“人工神鼻”中的多空烧结体的比表面积很大，所以“人工神鼻” 吸附气体的能力极强，B正确；“人工神鼻”的“嗅觉”灵敏，可广泛用于易燃、易爆、有毒气体的自动检测和报警，C正确；“人工神鼻”中的多空烧结体是在 SiO2中加入少量PbCl2研磨成极细的颗粒， 以高温烧结制成，不溶于水，D错误。
9. 2MgO·3SiO2·nH2O
2MgO·3SiO2·nH2O+4 HCl=2MgCl2+3H2SiO3 +（n-1）H2O
硅酸盐写成氧化物形式的通式为：aMxNy·bSiO2·cH2O 。Mg2Si3O8·nH2O的氧化物形式为：2MgO·3SiO2·nH2O；2MgO·3SiO2·nH2O与酸的反应是强酸制取弱酸，反应后生成硅酸、氯化镁及水。
2MgO·3SiO2·nH2O+4 HCl=2MgCl2+3H2SiO3 +（n-1）H2O。
思维升华
10.AC 玻璃的组成中含有SiO2，而SiO2常温下能与强碱缓慢反应，但玻璃瓶内壁光滑，可看作是一层质密的保护膜，且碱与二氧化硅反应，生成的硅酸钠，为矿物胶, 不影响我们对碱的使用，所以可以盛放氢氧化钠溶液 ；但磨口处不具有保护膜的特点，易与碱反应，生成的硅酸钠将磨口玻璃塞黏结在试剂瓶上，无法打开，所以盛碱的试剂瓶不能用磨口玻璃塞。盛放硅酸钠溶液的试剂瓶更不能用磨口玻璃塞（防磨口玻璃塞粘结在瓶口）。氢氟酸与SiO2常温下易反应，不能盛放在玻璃瓶中。氯化钠则可盛放在玻璃瓶中，且能用磨口玻璃塞。
11.B ①CaCl2溶液与CO2不反应 （酸性：HCl＞H2CO3），向CaCl2溶液中通入CO2不会产生沉淀；②Na2SiO3溶液与CO2反应（酸性：H2CO3＞H2SiO3）,生成的H2SiO3是不溶于水的白色沉淀；③Ca(OH)2溶液中通入过量的CO2反应依次为：Ca(OH)2 +CO2= CaCO3+H2O，CaCO3+H2O+ CO2= Ca(HCO3)2,生成的白色沉淀最终又溶解；④饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2反应为：Na2CO3+H2O+ CO2=2NaHCO3↓，因为
Na HCO3的溶解度小于Na2CO3，反应后生成Na HCO3沉淀。
12. BC 由题给信息“需在高温条件下合成”结合所学的无机化学知识，碳、硅等在高温下可与氧气化合，因而要避免接触氧气。氮气性质较稳定，可在氮气气氛中合成。
13.1 SiO2；CaSiO3；Na2SiO3；Si；
H2SiO3或H4SiO4
2 2C＋SiO22CO↑＋Si；
SiO2＋CaCO3(固)CaSiO3＋CO2↑
与强碱溶液反应生成盐Na2RO3和氢气的单质是晶体硅，根据转化关系图可推出D是Si，C是Na2SiO3；Na2SiO3与CaCl2溶液的反应为：Na2SiO3+CaCl2= CaSiO3↓+2NaCl,含硅物质是CaSiO3，B是CaSiO3；Na2SiO3与盐酸反应的方程式为：Na2SiO3+HCl=H2SiO3↓+2 NaCl, 含硅物质是H2SiO3,E是H2SiO3；H2SiO3受热分解生成二氧化硅和水，A是SiO2。与焦炭在高温下反应生成单质硅的物质是SiO2，SiO2在高温下与石灰石反应生成CaSiO3，由此也可推断出A是SiO2，B是CaSiO3，进而推出其余各物质。
创新探究
14.(1)A、C、D
(2) Si3N4
(3)Si3N4+12HF = 4NH3↑+ 3SiF4↑
(4)3SiCl4+2N2 + 6H2 = Si3N4 + 12HCl
(1) 氮化硅的硬度大、熔点高、化学性质稳定，可用于制作对材料的硬度、熔点、化学稳定性要求较高的器件。
(2)硅是14号元素，核内质子数是14，核外有三层电子，由内往外各电子层的电子数分别为2、8、4，其原子结构示意图为。硅最外层电子数是4，氮化硅中硅的化合价是+4价，氮原子的最外层电子数是5，氮化硅中N的化合价为-3价，因而氮化硅的化学式为Si3N4。
(3)由二氧化硅与氢氟酸的反应，可推测氮化硅与氢氟酸的反应为：Si3N4+12HF = 4NH3↑+ 3SiF4↑（复分解反应）
(4)首先四氯化硅与氢气反应，生成Si和HCl；生成的硅单质再与N2气反应。方程式如下：SiCl4+H2Si+4HCl、
3Si+2 N2Si3N4
或3SiCl4+6H2+2 N212HCl+ Si3N4
2
8
4
+14
2
8
4
+142.1 硅 无机非金属材料（2课时）
第1课时 单质硅与半导体材料、二氧化硅与光导纤维
课时达标
1．（原创）下列关于硅的说法中，不正确的是（ ）
A. 硅是非金属元素，它的单质是灰黑色、有金属光泽的固体
B.硅在电子工业中是最重要的半导体材料
C. 硅只有在高温下才能跟H2起化合反应
D.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
2.（原创）下列说法正确的是（ ）
A．二氧化碳与水反应生成碳酸，所以二氧化碳属于酸性氧化物
B．二氧化硅是酸性氧化物，所以它不和任何酸反应
C．CO2通入饱和CaCl2溶液中能生成白色沉淀
D．因为SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸
3. (变式)地壳中含量第一和第二的两
种元素所形成的化合物不具有的性质是（ ）
A.熔点很高
B.与水反应生成对应的酸
C.可与烧碱反应生成盐
D.坚硬
4.（选用）光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，即信息高速公路。光纤通信所使用的光缆，其主要部件为光导纤维。下列说法正确的是（ ）
①制造光导纤维的主要原料是CaCO3；②制造光导纤维的主要原料是SiO2；③光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射；④光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射（ ）
A．①④ B．②③
C．①③ D．②④
5.（选用）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，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是（ ）
A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界的含硅化合物易开采
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低容易有效控制
D．自然界中存在大量单质硅
6. (选用)生石灰中常含有杂质CaCO3和SiO2，检验它是否存在着两种杂质的最好试剂是（ ）
A.水 B.盐酸
C.硫酸 D.烧碱溶液
7（变式）赏心悦目的雕花玻璃是用下列物质中的一种对玻璃进行刻蚀而制成的。这种物质是 （ ）
A．盐酸 B．氢氟酸
C．烧碱 D．纯碱
8.下列各反应中，SiO2表现的是什么性质或作用？在①～④项中选出正确答案，将其标号填在“—”上：① 酸性氧化物的通性 ② 弱氧化性 ③ 跟挥发性酸酐的盐反应得到硅酸盐及挥发性酸酐 ④ 作为玻璃的成分跟氢氟酸反应
⑴SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
⑵SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑
⑶.2C＋SiO22CO↑＋Si
⑷.2NaOH＋SiO2＝Na2SiO3＋H2O
思维升华
9. 在一定条件下，下列物质不能
和SiO2反应的是 ( ）
①焦碳 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤硝酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙 ⑧氟气
Ａ、③⑤⑦⑧ Ｂ、⑤⑦⑧
Ｃ、⑤⑧ Ｄ、⑤
10．在3C＋SiO22CO↑＋SiC的反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比是（ ）
A．3∶1 B．1∶3
C．1∶2 D．2∶1
11.（变式） 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：
高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si + 3HCl ====SiHCl3 + H2
SiHCl3与过量H2在1000~1100℃反应制得纯硅
已知，SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃；SiHCl3的沸点是33℃。
请回答下列问题：
（1）第步制备粗硅的化学反应方程式为
（2）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）：
装置B中的试剂是 。
装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 。
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 。
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
为鉴定产品硅中是否含有微量的铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清夜后需要加入的试剂（填写字母代号）是 。
a. 碘水 b. 氯水
c. NaCl溶液 d. KSCN溶液
创新探究
12.已知：Si + 2NaOH + H2O＝Na2SiO3 + 2H2↑。将4.6g钠和2.8g硅同时投入足量水中，充分反应后，测得溶液的体积为400mL。计算：
⑴生成氢气的体积是多少L(标况下)
⑵所得溶液的物质的量浓度为多少
附：答案
课时达标
1．D 硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体；单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；在常温下，硅的化学性质不活泼，除能与F2、HF、强碱外，不易与其它物质反应，但在加热条件下可与一些非金属单质如氧气、氯气、氢气等反应。
2.A SiO2是酸性氧化物，不与HNO3、HCl等酸发生反应，但能与氢氟酸反应，B错误；碳酸的酸性小于盐酸，CO2和CaCl2溶液不反应，C错误； H2SiO3受热分解生成SiO2和水，所以H2SiO3是SiO2对应的酸，D错误。
3. B 地壳中含量第一和第二的两种元素分别为O和Si，O和Si所形成的化合物是SiO2，SiO2与水反应不反应。
4.B 光导纤维的主要成分是二氧化硅，它是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的细丝。
5.D 单质硅常温下是固体，便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料，A正确；二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分就是二氧化硅，因而自然界中的含硅化合物易开采，B正确；硅燃烧放出大量的热，生成物为二氧化硅，对环境污染程度低容易有效控制，C正确；自然界中没有游离态的硅，D错误。
6. B 生石灰能溶于盐酸(2 HCl+ CaO=CaCl2+H2O)，CaCO3溶于盐酸时产生气体，SiO2不溶于盐酸。将生石灰放入盐酸，若观察到既有不溶物，还有气体产生，则生石灰中同时含有CaCO3和SiO2。
7.B 纯碱、盐酸常温下和玻璃不反应，不能用于刻蚀玻璃；烧碱常温下和玻璃反应缓慢，且生成物是一种矿物胶，不能用于刻蚀玻璃；氢氟酸和玻璃反应常用于刻蚀玻璃（SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O）。
8. ⑴ ④ ⑵ ③ ⑶ ② ⑷①
①与碱反应生成盐和水，是酸性氧化物的通性之一，故对应⑷；②弱氧化性应被还原，对应⑶；③跟挥发性酸酐的盐反应得到硅酸盐及挥发性酸酐，SiO2与CaCO3反应生成CO2和CaSiO3是难挥发性酸酐制挥发性酸酐，故对应⑵，⑷对应①。
思维升华
9. D 二氧化硅是酸性氧化物，可与碱及碱性氧化物反应，⑥、⑦能反应；二氧化硅是难挥发性酸酐，与纯碱（或碳酸钙）在高温下发生反应生成挥发性酸酐，②、③能反应；二氧化硅在高温下还能与焦炭发生置换反应，①能反应；二氧化硅作为一种特殊的氧化物还能与氟气、氢氟酸反应，④、⑧能反应；二氧化硅与硝酸不反应，⑤不能反应。
10. D 在3C＋SiO22CO↑＋SiC的反应中，变价元素只有碳元素，硅及氧元素的化合价没有变化。C→CO化合价升高，做还原剂，还原剂的物质的量是2mol；C→SiC化合价升高，做氧化剂，氧化剂的物质的量是1mol，还原剂与氧化剂的物质的量之比是2：1。
11.（1）SiO2 + 2C Si + 2CO↑ （2）①浓H2SO4 ；使滴入瓶中的SiHCl3气化
有固体物质生成；在反应温度下普通玻璃熔化 SiHCl3 + H2 Si + 3HCl
③排尽装置中的空气
④b、d
由（2）中的实验装置图可以看出：A为制取氢气的装置，由于SiHCl3极易和水发生反应，所以进入C装置中的H2必须是干燥的，
B为干燥氢气的装置，B中的液体干燥剂是浓H2SO4。由SiHCl3的沸点是33℃可知其在常温下为液态，对C装置加热可以使其汽化，从而保证SiHCl3和H2的充分接触并进入D中，在1000~1100℃的高温下反应得到单质硅。SiHCl3和H2反应所需的高温会使普通玻璃熔化，写反应方程式时也特别要注明温度。在D中发生的反应：反应物是SiHCl3和H2，生成物中有单质硅，由质量守恒定律，知另一生成物是HCl。因SiHCl3在空气中极易自燃，装置中若含有空气，则会发生安全事故，为保证制备纯硅实验的成功，SiHCl3滴入C之前要排尽装置内的空气。将试样用稀盐酸溶解后，再在溶液中依次加入氯水（氯水能将Fe2+氧化为Fe3+）和KSCN溶液，若溶液变为红色，则说明样品中含有铁单质，不变红则说明样品中不含铁单质。
创新探究
⑴6.72 L ⑵ 0.25mol·L-1
n(Na)＝ ＝0.2 m01，n(Si)＝ ＝0.1 mol
由2Na+ H2O＝2NaOH + H2 ↑①
2 2 1
0.2 mo1 0.2 mo1 0.1 mo1
可知生成NaOH 0.2 mol，生成H2 0.1 mol；( 2 )又因为
Si + 2NaOH +2H2O＝Na2SiO3 + 2H2↑② l 2 1 2
0.1 mol 0.2 mol 0.1 mol 0.2 mol
即Si与反应①生成的NaOH恰好完全反应，生成Na2SiO3 0.1 mol，放出氢气0.2 mol，此时所得溶液为Na2SiO3溶液。
故生成氢气的体积为(0.2+0.1)mol ×22.4 mol ·L—1＝6.72 L
所得Na2SiO3溶液的物质的量浓度为 ：
c =0.1 mol /0.4L=0.25mol·L-1
