鲁科必修1第04章第1节.doc

第4章 元素与材料世界
学习导言
▲ 章节知识概说
材料是人类生活和生产活动的重要物质基础，本章教材引领学生走进元素化合物的应用世界。从自然界中的元素走进材料世界中的元素，将学生的视野打开，体现多角度、多层面和大视野。
材料的性能取决于材料的化学组成和结构，因此教材从元素出发，通过了解元素及其重要化合物的性质来分析材料的性能。
本章教材一方面引导学生回顾学习非金属及其化合物的化学性质的方法，并以此方法学习硅及其化合物的重要性质；另一方面。进一步丰富学生对金属元素及其化合物的认识，给他们一个更为广阔的认识物质世界的空间，也为后面学习元素周期律及元素周期表打下基础。
▲ 课标理念感悟
知识与技能：根据生产、生活中的应用实例或通过实验研究，了解铝、硅及其重要化合物的性质，能够应用这些性质解决一些生产、生活和化学学科中的简单问题。能列举金属材料、无机非金属材料和复合材料在生产、生活中及其他领域的应用。
过程与方法：通过本章的学习，让学生进一步体验“比较”和“分析”的科学方法。
情感态度与价值观：体会组成材料的物质性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对社会、生活产生的重要影响，了解材料开发和应用与化学科学发展之间的关系。

第1节 硅 无机非金属材料
1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在美国研制成功。它当时由1.8万个电子管组成，是一台又大又笨重的机器，体重达30多吨，占地有两三间教室般大。它当时的运算速度为每秒5000次加法运算。虽然这在当时是相当了不起的成就，但其计算速度还不如今天的一台微型计算器的运行速度。是什么使计算机的体积减小的同时，加快了计算速度呢？是硅芯片。那么，硅芯片是从哪里来的呢？硅又有什么性质呢？
Œ 研习教材重难点
研习点1 半导体材料与单质硅
1．半导体材料
半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。
2．单质硅
（1）存在：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等。化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分，硅在地壳中的含量居第二位。
（2）物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。
（3）化学性质：
①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑；Si + 2F2 ＝SiF4；Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑。
②在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2 SiO2

（3）硅的制备
由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。
制粗硅： SiO2＋2C Si＋2CO ↑
制高纯硅： Si＋2Cl2 SiCl4 SiCl4＋2H2 Si＋4HCl
（4）硅的用途：
硅可用来制造集成电路，太阳能电池，硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。
【知识·链接】
半导体材料的用途
物质的电阻率介于导体和绝缘体之间（电阻率在10－3~108欧姆·厘米之间）时，为半导体。半导体材料可以制造出具有各种功能的半导体器件来取代真空管用来整流、检波、放大，并有缩小电子设备体积、减轻重量、延长寿命、耐冲击、效率高和可靠性好等优点。用半导体材料制成的集成电路还可以将成千上万个分立的晶体管、电阻、电容等电子元件融为一体，使上述优点得到进一步发挥，广泛应用于通讯、电讯、电子计算机中。另外，超纯硅对红外光有很高的透过能力，可以用以制作红外聚焦透镜，对红外辐射目标进行夜间跟踪、照像、追击。利用半导体的导电能力随温度的升高或光线的照射而有显著的增大的特性，可以做成自动控制用的热敏元件(如热敏电阻等)和光敏元件。半导体材料是制作太阳能电池的主要材料．半导体材料还可制成激光二极管，用于激光通讯、测距和空间导航等方面。
典例1：下列有关硅的叙述中，正确的是
A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应。
B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位。
C．硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应。
D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料。
研析：A正确 因为硅的化学性质稳定，常温下除了少数物质外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。B不正确 氧元素在地壳中的含量居第一位。C不正确 硅的化学性质不活泼，但可与F2、HF和强碱等反应。D 正确 硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛应用于计算机技术领域。
答案：A、D
典例2：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，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制
D．自然界中存在大量单质硅
研析：有些燃料，如氢气具有发热量大，无污染等优点，但从运输、储存角度就不如硅了，硅是固体、常温下性质稳定，是非常安全的；另外，硅在自然界存在广泛，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低。但需注意的是，自然界没有游离态的硅，因此，D是错误的。
答案：D
研习点2 二氧化硅与光导纤维
1、二氧化硅的存在
二氧化硅广泛存在与自然界中，天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。另外二氧化硅也是构成岩石的重要成分。
2、二氧化硅的物理性质
纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。
3、二氧化硅的化学性质
（1）二氧化硅是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性
①二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO2+ 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2 O
②二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应：SiO2 ＋ CaO CaSiO3
（2）特性
①SiO2不溶于水，也不与水反应。
②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应： Si O2＋4HF ＝ SiF4↑＋2H2O
③二氧化硅中的硅为＋4价，具有弱的氧化性，如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。
思考：1．如何制取硅酸？ 2．保存氢氟酸、NaOH溶液时应该注意什么问题？
提示：1．不能通过SiO2与H2O反应的方法来制取其对应的水化物——硅酸(H2SiO3)．制取H2SiO3的方法如下： Na2SiO3 + 2HCl ＝2NaCl + H2SiO3↓或 Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝Na2CO3 + H2SiO3↓[硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比H2CO3还弱。]
2．氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，应保存在塑料瓶中。NaOH 溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，应保存在橡胶塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。
4、SiO2与CO2的比较

CO2
SiO2
与碱性氧化物反应
CaO＋CO2CaCO3
CaO＋SiO2CaSiO3
与碱液的反应
2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O
SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O
与盐反应
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO
SiO2＋CaCO3CaSiO3＋ CO2↑
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
与碳反应
C＋CO2＝2CO
2C＋SiO2Si＋2CO↑
与H2O作用
CO2＋H2O＝H2CO3
不与水化合
与酸反应
不反应
只与HF反应
SiO2＋4HF＝SiF4↑＋H2O
5、二氧化硅的用途
（1）石英可用于制作石英表和石英玻璃。
（2）石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。
（3）水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。
（4）玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。
（5）SiO2 被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。
6、光导纤维
光导纤维，简称“光纤”，就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玻璃细丝。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。光导纤维是用石英玻璃制造的，制作时需要较高的技术，它传导光的能力非常强。如1000米长的单模光纤，重量只有27克，传送波长为1.55微米的激光时，每传播1000米，光能的损耗不到0.2分贝．若利用光缆通讯，能同时传输大量信息。光纤通信的优点有：
（1）信息容量大，一条光缆通路可同时容纳10亿人通话，也可同时传送多套电视节目。
（2）光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。
（3）光缆质量小而且细，不怕腐蚀，铺设方便。
（4）光纤通信损耗低，适合远距离信息传输。
另外，光导纤维在医学上也有很重要的应用。目前在医学领域，普遍使用着一种连接着许多光纤的胃镜，光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛苦。在光导纤维的一头装着精致小巧的微型镜头，可将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上。光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光输入人体的病变部位，用激光来切除病变部位。这种“手术”不用切开皮肤和切割肌肉组织，而且切割部位准确，手术效果好。
除此以外，光导纤维还可用于信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。
【知识·链接】
多姿多彩的光纤
光纤内窥镜：束状光导纤维能对图像进行传递、分解、合成和修正等．医用内窥镜能直接插入人体某个部位进行检查，而不会引起病人痛苦与不舒服感。在工业生产中，利用内窥镜检查一些由于各种原因而不能打开的系统的内部结构，使生产能照常进行。
军事用光纤：光纤技术在军事方面的应用的发展速度之快、范围之广，令人振奋．它已从最初在军舰和飞机上应用，延伸到军事的各个领域，包括长距离光纤传输系统、战术光纤通信网络系统、雷达防御系统、空战指挥及控制系统、导弹和鱼雷制导系统等等。
光纤装潢艺术：光纤装潢是用不同的光纤根据设计需要组成不同的形状，如光纤广告显示屏、光纤盆景、光纤舞台装置及光纤工艺品等。它们具有亮度适宜、色彩柔和、图案细腻、造型奇特，集光、电、声于一体等特点。
光纤采光：用光纤传递光能的方式将天空中的散射光或太阳光引入室内，是一种有前途的采光照明方式，再辅以太阳能电池还可供建筑在夜间照明。
典例3：下列说法不正确的是
A．因为SiO2 不溶于水，故H2SiO3不是SiO2 对应的酸或者说SiO2 不是H2SiO3 对应的酸酐
B．CO2 通入水玻璃可以得到硅酸沉淀
C．SiO2 是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
D．氢氟酸能够雕刻玻璃
研析：SiO2 中 Si 呈＋4价， H2SiO3中Si为＋4价，且 H2SiO3（加热）＝ SiO2 ＋ H2O，故A项错误，B项发生的反应：Na2SiO3 ＋ CO2 (少量)＋ H2O ＝H2SiO3↓＋Na2CO3， D项发生的反应为：4HF＋ SiO2 ＝ SiF4↑＋ 2H2O。
答案：A
典例4：如下图中A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。请填写以下空白。

（1）A、B、C、D的化学式分别是___________、___________、___________、___________。
（2）A→B的化学方程式是_______________________________________________
（3）C→D的离子方程式是_______________________________________________
 研析：本题主要考查SiO2的特性。其突破口应从“A是一种高熔点的化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸”推断出A为SiO2，然后依次推断出B为CO、C为CO2，D为H2SiO3。
答案：（1）SiO2、CO、CO2、H2SiO3；（2）SiO2＋2CSi＋2CO↑；（3）SiO32－＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋CO32－
研习点3 硅酸盐与无机非金属材料
1．硅酸盐
（1）硅酸盐在自然界中的存在
硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿石，约占地壳的5％，粘土的主要成分也是硅酸盐。粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。
（2）硅酸盐组成的表示方法
硅酸盐的种类很多，结构复杂，无论是天然的还是人工制成的硅酸盐，其组成的表示方法有两种。
① 化学式法： 一般用于组成较简单的硅酸盐。如：
硅酸钠 Na2SiO3； 硅酸钙Ca2SiO3
② 氧化物法：常用的表示方法。 如：
镁橄榄石（Mg2SiO4） 2MgO·SiO2
高岭石〔Al2(Si2O5)(OH)4〕 Al2O3·2SiO2·2H2O
正长石(2KAlSi3O8 ) K2O·Al2O3·6SiO2
说明：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：
较活泼金属氧化物→ 较不活泼金属氧化物→ 二氧化硅→ 水
（3）硅酸钠
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是一种矿物胶，具有粘合性。
【联想·发散】
硅及其化合物的特殊性：（1）硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅。（2）非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢氧化钠等强碱溶液反应产生氢气。（3）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成。（4）酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。（5）无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。（6）在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，二氧化碳与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀．在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。
2．无机非金属材料
（1）传统无机非金属材料
① 玻璃
原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2 ）。
主要设备：玻璃熔炉
反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是：
CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 ↑
Na2CO3 + SiO2Na2SiO3 + CO2 ↑
主要成分： 制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以，普通玻璃是CaSiO3，Na2SiO3和SiO2 熔化在一起得到的物质，其物质的量之比为1：1：4，因此玻璃可表示为：Na2O·CaO·6SiO2。
主要性质：硬而脆，受热时在一定温度范围内逐渐软化，没有一定的熔点，故作玻璃态物质，耐酸腐蚀（HF除外）。
②水泥
a. 普通水泥的主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2），硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等。
b. 水泥的特点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。
c. 混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。
（2）新型无机非金属材料
类别
示例
特性
用途
高温结
构陶瓷
氮化硅陶瓷
硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好
汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具
碳化硅陶瓷
硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电
电热元件
生物
陶瓷
氧化铝陶瓷
氧化锆陶瓷
强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体
人造牙齿、人造骨骼
压电
陶瓷
钛酸钡陶瓷
钛酸铅陶瓷
可将极其微弱的机械振动转换成信号
声呐系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪

典例5：下列物质不能用玻璃器皿贮存的是
A．苛性钠 B．氢氟酸 C．浓硫酸 D．硝酸铵
研析：不能用玻璃器皿，是常温下要和玻璃反应的物质．玻璃是以含硅物质为原料，经加热制成的硅酸盐产品，普通玻璃是硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）和二氧化硅（SiO2）熔化在一起所得到的物质，二氧化硅是酸性氧化物，不溶于水，能跟碱性氧化物或碱发生反应生成盐，苛性钠是氢氧化钠的俗名，玻璃中含的二氧化硅能够被碱腐蚀．SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡胶塞，而不用玻璃塞，因为玻璃塞是磨口的，表面积大，以防止玻璃与碱反应生成Na2SiO3而把瓶口和塞子粘结在一起，排除A；氢氟酸遇二氧化硅很快反应放出氟化硅气体： SiO2（固）＋4HF＝SiF4↑＋2H2O。玻璃瓶不能盛放氢氟酸，通常氢氟酸盛放在塑料瓶中，B对；浓硫酸和硝酸铵跟玻璃都不反应，可以贮存。
答案：B。
典例6：在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要原料
A．纯碱 B．石灰石 C．石英 D．粘土
研析：这是一道硅酸工业中理论联系实际问题的试题。解答本题时应熟悉生产玻璃、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、粘土等；炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。相互对比后可知B项为正确答案。
答案：B。

 探究解题新思路
▲ 基础思维探究
题型一、硅及其化合物的性质
典例1：下列说法正确的是
A．SiO2溶于水显酸性
B．CO2通入水玻璃可以得到原硅酸
C．由Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强
D．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸
研析：SiO2不溶于水，也不与H2O反应，所以水溶液不显酸性。H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以B项的反应可以发生。Na2CO3与SiO2的反应之所以能发生是因为：①反应是在高温无水条件下进行的；②反应后生成的CO2脱离反应体系。SiO2虽为酸性氧化物，但是它可与HF反应。
答案：B。
友情提醒：主要考查硅的化合物性质。在分析解答过程中，要进一步明确反应规律是有条件的，不能不问条件任意套用．弄清楚反应原理；注意硅及其化合物的特殊性，如硅与氢氟酸、碱溶液的反应，二氧化硅的溶解性，二氧化硅与氢氟酸、碳酸盐、碳单质及其化合物的反应均具有特殊性。

拓展 变式
1．硅胶是网状多孔的物质，有强吸附性，可用作干燥剂、吸附剂和催化剂的载体。在减压条件下将硅酸加热至300℃，使其失水即可得硅胶。现以石英、纯碱为主要原料(其它原料任选)制备硅胶。写出有关的化学方程式：___________________________________。
1．研析：这是一道有关物质的制备题。根据SiO2(石英)不与水反应，但能与NaOH、Na2CO3反应生成Na2SiO3，再根据硅酸是弱酸，用Na2SiO3与酸作用来制得H2SiO3。合成路线为：
SiO2Na2SiO3H2SiO3SiO2（硅胶）
答案：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓

题型二、无机非金属材料
典例2：下列叙述正确的是
A．SiO2不属于无机非金属材料 B．金属不能作为结构材料
C．玻璃是一种新型的非金属材料 D．C60也是一种材料
研析：SiO2可作为光导纤维，是一种新型的无机非金属材料．C60是近几年才发现的一种新的碳的同素异形体，它可用于超导体，是一种新型无机非金属材料，所以D正确．金属也属于结构材料，但它不耐高温，易腐蚀不宜作高温材料．玻璃和水泥等只能属于传统的非金属材料．
答案： D
总结提升：本题主要考查对材料分类的理解判断．在解答过程中，一要注意培养学生的阅读审题能力，能够在阅读中获取知识，吸收新的信息并能对知识进行系统的分析处理，作出正确的判断。二是结合具体实例，会判断常见材料的类型，熟悉常见的新型无机非金属材料。
典例3：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N的原子结构示意图：______________，请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，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：______________。
（4）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为______________。
研析：根据N和Si的原子结构及其元素周期规律的知识，可判断氮元素非金属性比硅强，故N显负价（－3），Si显正价（+4），由此可写出氮化硅的化学式Si3N4。
答案：（1）A、C、D。（2）；Si3N4。
（3）Si3N4＋12HF＝3SiF4＋4NH3。（4）3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl。
总结提升： 本题以新型无机非金属材料氮化硅为载体，考查知识迁移应用的能力。题目起点高（新材料氮化硅的用途、性质、制法），落点低（原子结构示意图、元素周期律、硅及化合物典型性质），新颖灵活。在分析解答过程中，一是要培养学生灵活运用所学知识分析解决问题的能力，如根据氮、碳两元素非金属活泼性不同，确定其各自价态，写出氮化硅的化学式；根据硅及其化合物与氢氟酸反应的规律，进行迁移推测氮化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅，另一产物必为NH3。二是要强化“结构决定性质，性质决定用途”的化学思维方法，加深对新材料的认识。

拓展 变式
2．请回答下列问题：
（1）下列属于无机非金属材料的是
A．高强度水泥 B．钢化玻璃
C．氧化铝陶瓷 D．光导纤维
（2）磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可以用于制成人造骨骼，这是利用这类材料的
A．耐高温特性 B．电学特性
C．光学特性 D．生物功能
2．研析：（1）水泥、玻璃属硅酸盐材料，是传统无机非金属材料。（2）新型无机非金属材料的四种特性不一定是这类材料的共性，不同的材料具有不同的特性。根析型无机非金属材料的四种特性及其应用进行判断。
答案：（1）C、D。（2）D。

▲ 综合思维探究
题型一、学科内综合题
典例4：有一粗硅，含铁和硅两种杂质，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的氢气，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是
A．物质的量之比为1：1 B．物质的量比为2：1
C．质量比为4：1 D．质量比为2：1
研析：粗硅与盐酸反应是铁与盐酸反应 Fe +2HCl ＝ FeCl2 + H2 ↑ ；粗硅与碱反应是硅与碱反应Si + 2NaOH + H2O ＝ Na2SiO3 + 2H2 ↑因放出等量氢气，则铁与硅的物质的量之比为2：1， 质量比为4：1。
答案：B、C
总结提升：本题综合考查了铁、硅的性质，是定性分析与简单定量计算相结合的，解题要注意书写化学方程式的准确性。
典例5：下列溶液中加入氯化钡溶液生成白色沉淀，在加入稀硝酸震荡，白色沉淀不消失的是
A．Na2SiO3 B．Na2CO3 C．Na2SO3 D．Na3PO4
研析： BaCO3 和 Ba3(PO4 )2 均为白色沉淀，二者均溶于HNO3，BaSiO3 溶于HNO3 后又生成H2SiO3，而H2SiO3不同于一般的酸，本身为白色沉淀；BaSO3可溶于盐酸等非氧化性酸，但遇到硝酸后被硝酸氧化而转化成BaSO4白色沉淀。
答案：A、C 。
友情提醒：本题表面上是考查复分解反应，实际却包含了氧化还原反应的知识，解题要注意思维的全面性和灵活性。

拓展 变式
3．如图，已知：①单质E可作为半导体材料；②化合物F是不能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应．据此，请填空：

（1）化合物F是__________。（2）化合物I是__________。
（3）反应③的化学方程式是__________。（4）反应④的化学方程式__________。
3．研析：本题主要考查元素化合物的性质，是一道常规的框图推断题．要求学生能在全面系统地掌握元素及化合物性质的基础上，善于抓住某些元素的特殊性质为解题的突破口和切入点．
由题中所叙述的条件，单质E为半导体材料，化合物F为不成盐氧化物，结合框图中的反应①可推知E和F分别为Si和CO．反应①为：SiO2＋2C＝Si＋2CO．氧化物A是SiO2，它除了跟氢氟酸反应以外不跟任何酸反应，由此可判断化合物I为HF．由“氧化物C＋单质D→HF＋单质H”可推知该反应为：2F2＋2H2O＝4HF＋O2．至此即可突破全题。
答案：（1）CO （2）HF （3）2H2＋O2＝2H2O （4）2F2＋2H2O＝4HF＋O2

题型二、实际应用题
典例6：三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。三硅酸镁晶体化学式为：Mg2Si3O8·nH2O。
（1）用氧化物的形式表示三硅酸镁的化学式。
（2）写出该药物中和胃酸的化学方程式。
研析：用氧化物的形式表示硅酸盐的时候，应注意书写原则：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。第二问若直接写三硅酸镁与盐酸反应，许多同学会感到无从下手。应从氧化物形式书写。碱性氧化物（MgO）能与盐酸反应，而SiO2 不能与盐酸反应可当成杂质，最后写出正确的方程式。
答案：（1） 2MgO·3SiO2·nH2O（2）2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl＝2MgCl2＋(n＋2) H2O＋3SiO2
方法导引：我国著名的数学家华罗庚说过：“把一个比较复杂的问题‘退’成最简单最原始的问题，把这最简单最原始问题想通了，想透了，然后再来一个飞跃上升”。这是一个非常精辟的思维方法，用这种方法去思考问题极有意义。把三硅酸镁改写成氧化物的形式，本题就能迎刃而解。
典例7：在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程式为____________________________．
研析：玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2．厨房中CO2、H2O(g)浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O(g)的持续作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光泽，严重的会形成白色斑点。
答案：见研析。
友情提醒：这是一道运用所学知识解释实际问题的题目，经常尝试既有利于掌握化学理论知识，还利于培养自己的实践能力。

拓展 变式
4．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。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＋9H2O＝2K+＋2HCO3－＋4H4SiO4＋Al2Si2O5(OH)4，这个反应能够发生的原因是______________。
4．研析：风化的反应是一种复杂的化学反应，但我们可以试图用简单的化学原理去理解它。抓住了由较强的酸可以制得较弱的酸这一简单的规律，复杂的问题就能迎刃而解。
答案：因为碳酸酸性比原硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸。

题型三、思维转换题
典例8：100g CaCO3与30g SiO2的混合物加强热，使之充分反应。请计算得到气体的体积为多少（标准状况）？
研析：方法1（常规法）：二者混合加强热发生的反应为：CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2↑，特别要注意的是：30g SiO2完全反应只消耗50g CaCO3，剩余的 CaCO3还要单独分解，又生成一部分CO2。
解：CaCO3 ＋ SiO2 CaSiO3 ＋ CO2↑
100 g 60 g 22.4 L
50 g 30 g 11.2 L
在第一步反应中，生成CO2 11.2 L，剩余CaCO3100 g－50 g＝50 g
CaCO3 CaO ＋CO2↑
100 g 22.4 L
50 g 11.2 L
在第二步反应中，又生成CO2 11.2 L。因此，得到气体的体积共为22.4 L。
方法2（思维转换）：不妨把思维转换一下，认为在高温下CaCO3 先分解，然后分解生成的氧化钙再与SiO2反应：CaCO3 CaO ＋ CO2↑；SiO2＋CaO CaSiO3。根据第一步反应容易计算得生成气体的体积为22.4 L。
答案：22.4 L。
启发引申：按第一种方法计算，较为复杂，而按第二种方法计算，由于第二步没有气体参与，也没有气体生成，这样，就没有必要再计算碳酸钙与二氧化硅谁过量，大大简化了计算过程。从以上反应来看，生成的气体只与碳酸钙的量有关，如果碳酸钙的质量保持100g，任意改变SiO2的质量，得到气体的体积在标准状况下总是22.4 L。

拓展 变式
5．将一含SiO2杂质的石灰石样品100g加强热反应后，质量变为60.4 g。试计算：
（1）生成是气体在标准状况下的体积。
（2）该石灰石的纯度（碳酸钙的质量分数）。
5．研析：（1）根据质量守恒定律，m(CO2)＝100g－60.4 g＝39.6 g，n(CO2)＝39.6 g÷44g/mol＝0.9mol，v(CO2)＝0.9mol×22.4L/mol＝20.16L。
（2）n(CaCO3)＝n(CO2)＝0.9mol，m(CaCO3)＝0.9mol×100g/mol＝90g，其质量分数为90%。
答案：（1）20.16L。（2）90%。

▲ 创新思维探究
题型一、开放探究题
典例9：下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，其余物质也都是有B元素的化合物。C是一种钠盐，E是C的对应的酸，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的互转在工业上有什么实际意义________________________________。
（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：______________。
研析：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，由此可知其它答案。
答案：（1）SiCl4、SiO2、H2SiO3 （2）粗硅提纯 （3）SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O （4）H2SiO3 SiO2＋H2O
总结提升：从物质推断来看，由于B是一种单质，大大缩小了范围，必要时经过简单的排查，容易推出B是晶体硅，A是SiCl4。但整个框图右边却没有明显的突破口，必须对硅及其化合物的转化把握准确、到位才能顺利推断。另外，我们现在广泛使用的硅芯片等必须使用高纯硅，A和B的互转恰好能实现硅的提纯，有很大的现实意义。

拓展 变式
6．A、B为两种单质，常温下均是固体。在元素周期表中A、B为前18号元素中的两种。分别取三份质量为1.52 g的A、B的混合物（粉末）进行如下实验。（本题中所有的气体体积均指标准状况下的体积）
（a）向第一份试样中加入过量的盐酸，充分反应后放出0.896 L气体，还余下0.56 g残渣；
（b）向第二份试样中加入过量的10%的NaOH溶液，充分反应后放出0.896 L气体，还余下0.96 g残渣；
（c）将第三份试样隔绝空气加强热后，生成一种固体，冷却后再加入足量的盐酸，该固体全部溶解，产生x L气体。
（1）单质A是__________。
（2）混合物中的B的质量分数是__________。
（3）写出实验（c）中有关反应的化学方程式并计算x的值。
6．研析：（1）设A的摩尔质量为MA，化合价为nA，则由（a）根据电子守恒得：×2 ＝12 g·mol－1
讨论可得：nA＝2，MA＝24 g·mol－1应为Mg
（3）由（b）设B的摩尔质量为MB，化合价为nB，则有：×2
＝7 g·mol－1，由于A、B同周期且原子半径A＞B，只有nB＝4，MB＝28 g·mol－1，B为硅．由题意知n（Mg）∶n（Si）＝2∶1，恰好完全反应，则Si～Mg2Si～SiH4↑
x＝0.448
答案：（1）Mg（镁） （2）36.8% （3）2Mg＋SiMg2Si Mg2Si＋4HCl＝2MgCl2＋SiH4↑ x＝0.448

题型二、课标思维题
典例9：实验室里化学试剂的保存方法是不相同的，下图中A、B、C、D是常见的一些保存药品的试剂瓶。请把下列常见试剂的序号填写在各试剂瓶下面的括号内：①浓硫酸②碳酸钠溶液③大理石④酒精⑤氯水⑥浓硝酸
A
B
C
D

（ ）
（ ）
（ ）
（ ）
研析：保存药品的一般原则为：①固体药品存放在广口瓶中（便于取用），液体药品存放在细口瓶中；②见光易分解或变质的存放在棕色瓶中（注意与受热分解区别）；③碱性物质存放在橡胶塞试剂瓶中；④酸性物质、强氧化性物质、有机溶剂存放在玻璃塞试剂瓶中。据此可知答案。
答案：A ③；B ②；C ①④；D ⑤⑥
考向指南：本题考查同学们对各类试剂的存放原则的掌握情况，难度较小，但对识图能力有一定要求。在近几年的高考中，有关实验仪器的识别，其它图表的绘制和理解的题目是必考的内容，同学们应该加强这方面的训练。
典例10：将0.5 mol碳酸氢钙、1 mol碳酸氢钠、3 mol二氧化硅固体混合均匀，在高温下加热到质量不再改变为止。则得到标准状况下的二氧化碳气体的体积是 ，残余固体的成分是 （填化学式），总质量是 。
研析： 碳酸氢钙首先分解生成碳酸钙、水和二氧化碳气体，碳酸氢钠首先分解生成碳酸钠、水和二氧化碳气