资源简介

21世纪教育网 –中小学教育资源及组卷应用平台
考点11 碳族元素 无机非金属材料
【考纲要求】
1．了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
2．了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。
3．以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
【知识要点精讲】
一、以Si为中心的有关Si及其重要化合物的知识导图
二、碳和硅
1．C、Si单质的主要性质
碳 硅
相似性 金刚石和晶体硅都难溶于水和有机溶剂，熔点、沸点、硬度均很高，常温下性质稳定，高温时活泼性增强
原子结构示意图
在元素周期表中的位置 第二周期第__ⅣA__族 第三周期第__ⅣA__族
单质的结构 金刚石：__空间网状__结构石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构
元素在自然界中的存在形式 既有游离态又有化合态 只有__化合__态
物理性质 金刚石：熔点高、硬度大； 石墨：硬度小、电的良导体 灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性
与单质反应 C＋O2 CO22C＋O2 2CO Si＋O2__SiO2__Si＋2F2===__SiF4__Si＋2H2__SiH4_(很不稳定)Si＋2Cl2__SiCl4__
与酸反应 C＋2H2SO4(浓)__CO2↑＋2SO2↑＋2H2O__ Si＋4HF ===__SiF4↑＋2H2↑__
与水或碱反应 C＋H2O(g)__CO＋H2__（水煤气） Si＋2NaOH＋H2O ===__Na2SiO3＋2H2↑__
与氧化物反应 C＋2CuO __CO2↑＋2Cu__2C＋SiO2__2CO↑＋Si__（硅的制取） Si＋2FeO__SiO2＋2Fe__(炼钢中的反应，了解)
用途 金刚石用作切割刀具， 石墨用作电极、铅笔芯 半导体材料（制造集成电路、晶体管、硅整流器等）和合金材料硅的合金__可用来制造变压器的铁心、耐酸设备等。【
2.硅的工业制法
（1）四氯化硅还原法
①工艺流程
石英砂粗硅SiCl4高纯硅
②反应原理
Si(粗)+2Cl2SiCl4
SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
（2）三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)
①工艺流程
②反应原理
SiO2+2CSi+2CO↑，
Si+3HClSiHCl3+H2，
SiHCl3+H2Si+3HCl。
三、二氧化碳和二氧化硅的比较
二氧化碳 二氧化硅
自然界中存在 空气中 岩石中、硅石、石英、水晶、硅藻土都含SiO2
结构 直线形结构，存在单个CO2分子 四面体结构，不存在单个分子
晶体类型 分子晶体 原子晶体
物理性质 熔、沸点低，常温时是气体，能溶于水 坚硬难熔的固体，不溶于水
与水 CO2＋H2O= H2CO3 不反应
与酸 不反应 除氢氟酸外不反应
与NaOH溶液 CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (盛碱液的试剂瓶用 橡胶塞)
与CaO CO2＋CaO===CaCO3 SiO2＋CaOCaSiO3
与盐 CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3Ca(ClO)2＋CO2＋H2O === CaCO3↓＋2HClO SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
与单质 CO2＋C2CO SiO2＋2CSi＋2CO↑
用途 制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂 作光导纤维，制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品
四、碳、硅元素的酸及其盐
（一）碳酸及其盐
1．碳酸是一种二元弱酸，酸性：CH3COOH>H2CO3>。
2．热分解：碳酸>酸式盐>正盐（盐中金属阳离子相同时）。
3．盐在水中的溶解性：钾、钠、铵盐和酸式盐均可溶于水，钾、钠、铵酸式盐的溶解度小于其正盐；Mg2+、Ca2+、Ba2+等酸式盐溶解度大于其正盐的溶解度（正盐均难溶于水）。【来源：21·世纪·教育·网】
4．在可溶性碳酸盐溶液中慢慢滴加H+，并不断振荡，反应是分步进行的，先生成，再生成CO2；因此利用两者滴加顺序不同，出现现象不同，可将它们互相鉴别出来。但难溶于水的碳酸盐与H+的反应，因其反应只是发生在固体表面，故不能分步进行。21教育网
（二）硅酸和硅酸盐
1．硅酸
（1）物理性质：硅酸难溶于水(非常特殊)。
（2）化学性质
①弱酸性：其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红。与NaOH溶液反应的化学方程式为：
H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
②不稳定性：受热易分解，化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O
（3）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+2HClH2SiO3↓+2NaClwww-2-1-cnjy-com【出处：21教育名师】
（4）用途：硅酸在水中易聚合形成胶体．硅胶吸附水分能力强，可用作干燥剂、催化剂的载体等。
2．硅酸与碳酸的比较
物质 硅酸 碳酸
化学式 H2SiO3 H2CO3
酸酐 SiO2 CO2
制法 Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl CO2+H2OH2CO3
颜色与状态 白色、粉末状 无色液态，只存在于水溶液中
水溶性 不溶于水 只存在于水溶液中
酸性比较 弱 强
3．硅酸盐
（1）概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
（2）表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示它们的组成，如硅酸Na2SiO3可表示为Na2O·SiO2，长石KAlSi3O8可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2。21教育网
4．硅酸钠
（1）物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。
（2）化学性质：
①水解显碱性。
②与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：
与盐酸反应：Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl
与CO2的水溶液反应：Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓
（3）用途：黏合剂（矿物胶），防腐剂，耐火阻燃材料。
五、无机非金属材料
1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
常见硅酸盐材料比较
玻璃 水泥 陶瓷
主要原料 纯碱、石灰石、石英 石灰石、黏土 黏土
设备 玻璃熔炉 水泥回转窑 陶瓷窑
生产过程中的主要变化 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑ 复杂的物理、化学变化 复杂的物理、化学变化
主要成分 Na2SiO3，CaSiO3，SiO2 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、CaO·Al2O3
2.新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
（1）高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学浸蚀性和电绝缘性等。
（2）生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。
（3）压电陶瓷：具有压电效应。
六、易错提醒
1.酸性氧化物一般与水反应生成相应酸，但SiO2不溶于水，不与水反应。
2.SiO2虽既能和酸(氢氟酸)反应，又能和碱反应，但SiO2不是两性氧化物
3.玻璃中含有SiO2，SiO2能够与碱液缓慢反应，带玻璃塞的玻璃试剂瓶一般都是磨砂口的，接触非常严密，接触碱液时间长了会生成具有黏合性很强的Na2SiO3水溶液，从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。www.21-cn-jy.com
4.C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定，而Pb的+2价化合物稳定。
5.硅酸难溶于水，不能使紫色石蕊试液变红，这2点明显不同于其它的酸。
6.一般非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，常用于电子部件，石墨可做电极材料。
7.非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2，硅可与强碱溶液反应产生H2 。
8.用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片及光伏电池的是晶体硅。
9.硅酸盐改写成氧化物形式时，氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开；各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成；当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。21cnjy.com
10.几种常见饰品的主要成分
水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。【来源：21·世纪·教育·网】
【典例分析】
例1．硅及其化合物的应用范围很广．下列说法正确的是 (　　)
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C．反应：Si＋2NaOH＋H2O === Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂
D．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
【解析】
B.粗硅提纯涉及的反应：Si＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl都是氧化还原反应，B项错误；www-2-1-cnjy-com
C.硅与氢氧化钠溶液反应中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的只是H2O，C项错误；2-1-c-n-j-y
D.硅能与氢氟酸反应，不能与盐酸反应，D项错误．
【答案】A
例2．下列说法正确的是 (　　)
①二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
②根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强
③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸
④二氧化硅常被用来制造光导纤维
A．①②　　　　　　　　　B．②③
C．③④ D．①④
【解析】
①SiO2能与氢氟酸反应，
②高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强．
【答案】 C
例3.用下列四种溶液进行实验，表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　)
选项 溶液 操作及现象
A 饱和Na2CO3溶液 通入CO2，溶液变浑浊
B Na2SiO3溶液 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失
C Ca(ClO)2溶液 通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
D 澄清石灰水 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
【解析】
A.Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；21教育名师原创作品
B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失，错误；21*cnjy*com
C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色,正确；
D项，首先CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊,正确。
【答案】B
例4.二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判断，其中正确的是(　　)
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
②SiO2＋2CSi＋2CO↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
⑤SiO2＋3CSiC＋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
【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，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，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。21世纪教育网版权所有
【答案】B
例5.浓度相同的NaOH溶液各100 mL倒入A、B、C三个烧杯中，分别向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反应后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 mol·L－1的盐酸，产生CO2的体积与所加盐酸体积之间关系如下图所示。下列判断正确的是(　　)21*cnjy*com
A．通入CO2后，A烧杯中的溶质成分是Na2CO3
B．B烧杯中通入的CO2体积为448 mL(状况下)
C．原NaOH溶液的浓度为0.2 mol·L－1
D．通入CO2后，C烧杯中溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝1∶2
【解析】浓度相同的NaOH溶液各100 mL倒入A、B、C三个烧杯中，分别向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反应后，可能发生反应为：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O、Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，故所得溶液溶质可能为：①NaOH、Na2CO3，②Na2CO3，③Na2CO3、NaHCO3，④NaHCO3；再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 mol·L－1的盐酸，可能发生反应为：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，由图像可知A曲线前50 mL不产生气体，后150 mL产生气体，故A溶液溶质为③Na2CO3、NaHCO3，故A项错误；B曲线前100 mL不产生气体，后100 mL产生气体，可知该溶液为②Na2CO3溶液，则可知通入的CO2体积为0.1 L×0.2 mol·L－1×22.4 L·mol－1×1 000 mL·L－1＝448 mL，故B项正确；由图象可知加入盐酸200 mL后反应完毕，则原NaOH溶液的浓度为0.2 L×0.2 mol·L－1÷0.1 L＝0.4 mol·L－1，故C项错误；C曲线前150 mL 无气体产生，后50 mL产生气体，可知溶液溶质为①NaOH、Na2CO3，可知C烧杯中溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1，故D项错误。
【答案】 B
例6.氮化硅是一种重要的高温结构陶瓷,为立体网状结构的晶体,属于超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损,抗腐蚀能力强,高温时抗氧化。人们常常利用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
(1)下列有关该陶瓷的说法中正确的是　　　　(填字母,下同)。
A.氮化硅的分子式为Si3N4
B.该陶瓷虽耐高温,但抗震性差、易断裂
C.该陶瓷在高温时,易与氧气反应
D.氮化硅陶瓷制成的机械部件一般不需要润滑剂
(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强,但遇上氢氟酸会发生反应:Si3N4+HF+H2OH2SiO3+NH4F。下列有关说法中正确的是　　　　。 【版权所有：21教育】
A.该反应为氧化还原反应
B.该反应配平后的化学计量数依次为1、4、9、3、4
C.氢氟酸是一种超强酸
D.Si3N4为共价化合物,NH4F为离子化合物
(3)氮化硅可由硅的氯化物与氨气在一定条件下反应得到,试写出该反应的化学方程
式:　 　　　　　 。
【答案】　(1)D　 (2)BD
(3)3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl
【解析】
(1)氮化硅为立体网状结构的晶体,不存在单个分子,Si3N4不是分子式,A错误;由氮化硅是高温结构陶瓷,抗氧化、有润滑性可知B、C错误,D正确。
(2)Si3N4与HF反应,无元素化合价的变化,A项错误;氢氟酸是一种弱酸,C项错误。
(3)硅的氯化物为SiCl4,根据题意可知化学方程式为3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl。
　
【挑战真题】
1.【2017江苏卷】下列有关物质性质与用途具有对应关系的是（ ）
A．Na2O2吸收CO2产生O2，可用作呼吸面具供氧剂
B．ClO2具有还原性，可用于自来水的杀菌消毒
C．SiO2硬度大，可用于制造光导纤维
D．NH3易溶于水，可用作制冷剂
2.【2017北京卷】根据SO2通入不同溶液中实验现象，所得结论不正确的是（ ）
溶液 现象 结论
A 含HCl、BaCl2的溶液 产生白色沉淀 SO2有还原性
B H2S溶液 产生黄色沉淀 SO2有氧化性
C 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色 SO2有漂白性
D Na2SiO3溶液 产生胶状沉淀 酸性：H2SO3>H2SiO3
3．【2016海南卷4】下列叙述错误的是 （ ）
A．氦气可用于填充飞艇 B．氯化铁可用于硬水的软化
C．石英砂可用于生产单晶硅 D．聚四乙烯可用于厨具表面涂层
4.【2016四川卷1】化学与生产和生活密切相关。下列过程中没有发生化学变化的是（ ）
A．氯气作水的杀菌消毒剂
B．硅胶作袋装食品的干燥剂
C．二氧化硫作纸浆的漂白剂
D．肥皂水作蚊虫叮咬处的清洗剂
5.【2016江苏卷】在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是（ ）
A．SiO2SiCl4Si
B．FeS2SO2H2SO4
C．N2NH3NH4Cl(aq)
D．MgCO3MgCl2(aq)Mg
6.(高考选项组合题)下列说法正确的是(　　)
A．（2015海南）可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液
B．（2015江苏）物质间转化均能一步实现 :粗硅 SHAPE \* MERGEFORMAT SiCl4 SHAPE \* MERGEFORMAT Si
C．（2015安徽）SiO2既能和氢氧化钠溶液反应也能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物
D．（2015重庆）P的非金属性强于Si，H3PO4比H2SiO3的酸性强
7.(高考选项组合题)下列说法错误的是(　　)
A．(海南，10D)Si和SiO2都用于制造光导纤维
B．(全国卷Ⅱ，7A)硅胶可用作食品干燥剂
C．(广东理综，10D)SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中
D．(2010·江苏，4B)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂
【答案与解析】
1【答案】A
【解析】
过氧化钠可以和二氧化碳反应生成氧气，A正确；
B．因二氧化氯具有氧化性才用于自来水的杀菌消毒，B错误；
C．二氧化硅透光性好，用于制造光导纤维，C错误；
D．液氨气化时吸收大量热，所以氨可用作制冷剂，D错误。
2【答案】C
【解析】
A.混合溶液中SO2被FeCl3氧化生成SO42-，再与BaCl2反应产生白色沉淀，体现了SO2的还原性；
故A正确
B.SO2与H2S在溶液发生反应SO2+2H2S=3S↓+2H2O，体现了SO2的氧化性；故B正确
C.SO2使酸性KMnO4溶液褪色，这是SO2在酸性溶液中还原KMnO4生成Mn2+，体现了SO2的还原性；故C
错误
D.SO2与Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，根据强酸制弱酸，可得结论酸性：H2SO3>H2SiO3；故D正确
故选C。
3【答案】B
【解析】
氦气性质稳定，故可用于填充飞艇，正确；
B．硬水的软化指的是除去水中的Ca2+、Mg2+，加入氯化铁只能水解产生氢氧化铁胶体吸附悬浮物，用于水的净化，错误；2·1·c·n·j·y
C．石英砂为SiO2，可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶硅，正确；
D．聚四乙烯具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，故一般用于不粘锅的涂层，正确。故选B。21·世纪*教育网
4【答案】B
【解析】
氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸具有强氧化性，能使蛋白质变性而杀菌消毒，发生化学
变化，错误；
B、硅胶作干燥剂是利用其吸水性，没有发生化学变化，正确；
C、二氧化硫和有色物质化合使之生成无色物质，错误；
D、肥皂水显碱性，与蚊虫叮咬处释放的酸发生中和反应，错误。
5【答案】C
【解析】
SiO2与盐酸不反应，错误；
B、SO2和H2O反应生成H2SO3，错误；
C、N2+3H22NH3、NH3+HCl==NH4Cl，正确；
D、金属镁的冶炼方法是电解熔融的氯化镁，错误。
6【答案】B、D
【解析】
A.NaOH与玻璃中的SiO2会发生反应：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O，产生的Na2SiO3有粘合性，将玻璃瓶与玻璃塞黏在一起，因此不能使用玻璃塞，要用橡胶塞，错误；21·cn·jy·com
B、Si可与氯气在高温下反应生成SiCl4，SiCl4可与氢气发生反应生成Si和HCl，该反应可用于工业提纯硅，正确；【来源：21cnj*y.co*m】
C、SiO2和氢氟酸反应，没有生成盐和水，不是两性氧化物，错误；
D.非金属性P>Si,则H3PO4比H2SiO3的酸性强，正确；
7【答案】A
【解析】
用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片及光伏电池的是晶体硅，A错误。
Cl2
高温
H2
高温
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
1

展开更多......

收起↑