考点22硅酸盐工业新型无机非金属材料
1．复习重点
水泥工业和玻璃工业的基本原理；新型无机非金属材料的特性及主要用途
2．难点聚焦
1．硅酸（H2SiO3）
酸性很弱（弱于碳酸）溶解度很小，由于SiO2不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。
Na2SiO3＋2HCl == H2SiO3＋2NaCl
硅胶多孔疏松，可作干燥剂，催化剂的载体。
四．硅酸盐
硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，分布广，结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水。（Na2SiO3、K2SiO3除外）最典型的代表是硅酸钠Na2SiO3 ：可溶，其水溶液称作水玻璃和泡花碱，可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、水泥。
2
色固体，熔点高（1410℃）
用：半导体晶体管及芯片、光电池。
五．氯元素：位于第三周期第ⅦA容易得到一个电子形成氯离子Cl－,
3．例题精讲
[例1]熔融氢氧化钠反应选用的器皿是 [ ]
A．陶瓷坩埚B．石英坩埚
C．普通玻璃坩埚D．生铁坩埚
分析：陶瓷的成分中含有SiO
2
，石英的成分就是SiO
2
，玻璃的主要成分中也含有SiO
2
，
而SiO
2
在高温下可以跟NaOH发生如下反应：
SiO
2
+2NaOH Na
2
SiO
3
所以A、B、C的器皿都不能选用，只能内生铁坩埚。
答案：D
[例2]下列溶液中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
分析：玻璃的主要成分之一二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞（原因同氢氧化钠溶液）。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。
答案：AC
[例3]普通玻璃的主要成分为Na
2SiO
3
·CaSiO
3
·4SiO
2
（1）试计算普通玻璃中相当含有Na
2O，CaO和SiO
2
的质量分数各是多少？
（2）制造50kg普通玻璃，需要纯碱、碳酸钙和二氧化硅各多少千克？
分析：Na
2SiO
3
·CaSiO
3
·4SiO
2
可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成为：
Na
2O·CaO·6SiO
2
。
（1）Na
2
O的摩尔质量为62g/mol，CaO的摩尔质量为56g/mol，SiO
2
的摩尔质量为60g/mol。
（2）由第（1）题求出普通玻璃中各氧化物的质量分数，可计算50kg普通玻璃中Na
2
O、
CaO和SiO
2
的含量：
m（Na
2
O）：50kg×13％=6.5kg m（CaO）：50kg×11.7％=5.85kg
m（SiO
2
）：50kg×75.3％=37.65kg
再求需纯碱、碳酸钙和二氧化硅的质量：
m（SiO
2
）：37.65kg
答案：（1）普通玻璃中Na
2O的质量分数为13％，CaO的质量分数为11.7％，SiO
2
质
量分数为75.3％。
（2）制造50kg普通玻璃，需要纯碱11.11kg、碳酸钙10.45kg、二氧化硅37.65kg。
[例4]有A、B、C三种不溶于水的固体。A是某元素的一种单质，它在氧气中完全燃烧得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，另外测得这种气体密度为同温、同压下氧气密度的1.375倍。B固体能溶于热氢氧化钠溶液，再往所得溶液中加入过量盐酸时，析出白色胶状沉淀。此沉淀干燥后，成为不溶于水的白色粉末，这是一种比碳酸酸性还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热得到C，C在高温时软化，无固定熔点。
根据以上事实，判断A为哪种元素的单质？B、C各是什么物质？写出有关反应的化学方程式。
分析：先求出A燃烧后生成的气体的相对分子质量，根据该气体的相对分子质量及其反应现象可推出单质A；再根据B的有关反应现象可推出B；最后根据制取C的方法及C的性质可推出C。
A物质燃烧后生成的气体的相对分子质量为：
32×1.375=44
该气体能使澄清石灰水变浑浊，所以该气体为二氧化碳，A为碳元素的一种单质。
根据B物质能与氢氧化钠反应，且能继续与过量的盐酸反应生成一种比碳酸还弱的酸，可推出B物质为二氧化硅。
C物质由石灰石、纯碱、B物质（二氧化硅）混合加热而得，结合C物质在高温时软化且无固定熔点，可推知C物质为普通玻璃。
答案：A为碳元素的一种单质。
C+O
2CO
2
B为SiO
2
SiO
2+2NaOH==Na
2
SiO
3
+H
2
O
Na
2SiO
3
+2HCl=2NaCl+H
2
SiO
3
↓
C为普通玻璃
Na
2CO
3
+SiO
2
==Na
2
SiO
3
+CO
2
↑
CaCO
3+SiO
2
==CaSiO
3
+CO
2
↑
[例5]某硅酸锌样品含58.6％的锌，而ZnO％与SiO
2
％的质量分数的总和为100％，写出这样品的化学式（最简式）。
分析：题目要求写出这样品的化学式（最简式），即是要求通过计算找出ZnO与SiO
2
的物质的量之比值，然后用SiO
2
和ZnO的形式表示此硅酸锌样品的组成。
可先由Zn％求算出ZnO％，并求出SiO
2
％。然后再运用求最简式最基本的方法求出此硅酸锌的组成。
SiO
2
％=1-73.0％=27.0％
该硅酸锌样品的化学式为：2ZnO·SiO
2
。
[例6]两个原硅酸分子的OH原子团之间可以相互作用而脱去一分子水：
2H
4SiO
4
===H
6
Si
2
O
7
＋H
2
O
原硅酸结构为：
则在所得的H
6Si
2
O
7
分子的结构中，含有的硅氧键数目为 [ ] A．5 B．6
C．7 D．8
分析：此题是一道选择题，也是一道信息迁移题。给出的新情境是原硅酸结构及脱水
反应，考查内容是H
6Si
2
O
7
分子中的硅氧键数目。两个原硅酸共有8个硅氧键，当它们相互
作用时，虽然有一个硅氧键断裂，但又形成一个新的硅氧键，如图所示：
故硅氧键的总数目没有变，仍然是8个。
答案：D
[例7]下列离子方程式书写不正确的是 [ ]
A．往NaOH溶液中通入过量CO
2
B．单质硅与烧碱溶液反应
C．石英砂与烧碱反应制水玻璃
D．往水玻璃中通入二氧化碳
分析：往NaOH溶液中通入适量CO
2生成正盐Na
2
CO
3
，正盐能与酸反应变为酸式盐，所
以当CO
2过量时即溶液中H
2
CO
3
过量时，生成物为NaHCO
3
，故A式正确。
单质硅能和烧碱溶液反应生成硅酸钠和氢气，NaOH是易溶于水的强碱，Na
2SiO
3
。是易
溶于水的盐，均完全电离，故Na+可以简化掉，B式正确。
石英的成分是二氧化硅与烧碱液发生复分解反应生成硅酸钠和水。故C式正确。
碳酸比硅酸酸性强，所以往水玻璃即硅酸钠的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反应
物中的Na
2SiO
3
和生成物中的Na
2
CO
3
均为易溶于水的盐，能完成电离写成离子式，并且Na+
可以简化掉，故D式不正确。
答案：D
[例8]有一铅锡合金质量为100g，完全氧化后得到氧化物的混合物质量为116g，求合金中铅、锡的质量分数各为多少？
解法一：
分析：设100g铅锡合金中含锡xg，则含铅（100-x）g。①Sn氧化后的稳定产物是SnO
2（＋4价氧化物稳定），Sn的相对原子质量为
Pb氧化后的稳定产物是PbO（＋2价氧化物稳定）， Pb的相对原子质量为207，PbO 的式量为223，（100-x）g Pb氧化生成的PbO质量必
因为SnO
2
与PbO质量共为116g，故可列一元一次方程，解方程求出Sn、Pb质量。
[解] 设100g锡铅合金中含锡xg，含铅为（100-x）g。
根据化学式所表示的元素质量分数及题意，列代数方程式：
解得x=43.2（g）
100-x=100-43.2=56.8（g）
答：合金中锡、铅质量分数分别为43.2％、56.8％
解法二：
分析：此题利用物质的量计算也很方便。设100g合金中含xg，含铅为（100-x）g
将SnO
与PbO由物质的量换算成质量，质量和为116g。
2
解：设100g锡铅合金中含锡为xg，含铅为（100-x）g
的物质的量
Sn的物质的量=SnO
2
Pb的物质的量=PbO的物质的量
与PbO质量和为116g
SnO
2
解得 x=43.2（g）（锡的质量）
100-x=56.8（g）（铅的质量）
Pb％=1-43.2％=56.8％
答：合金中铅、锡分别占56.8％、43.2％
[例9]称取两份由碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢铵组成的混合物7.06g。其中：一份加入过量的盐酸，可得CO
2
为1792mL（在标准状况下），另一份加热至质量不再减少时为止。
冷却后再跟过量盐酸反应，可得CO
2
为896mL（在标准状况下）。求原混合物中，碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢铵的物质的量之比。
分析：此题是根据化学方程式，计算混合物成分物质的量之比的题。解题关键在于正确判断反应物与生成物、反应物的量与生成物的量之间的关系。
第一份7.06g混合物，各成分都跟过量的盐酸充分反应，均生成CO
2。CO
2
体积之和为
1792mL；第二份7.06g混合物加热后，除碳酸氢钠转化为碳酸钠外，碳酸氢铵则因全部转变为气态物质而不存在固体物质了。混合物中原有碳酸钠及生成的碳酸钠共同跟过量盐酸反应，生成896mLCO
2
。
解全过程发生反应的化学方程式为：
Na
2CO
3
＋2HCl==2NaCl＋H
2
O＋CO
2
↑（1）
NaHCO
3＋HCl==NaCl＋H
2
O＋CO
2
↑（2）
NH
4HCO
3
＋HCl==NH
4
Cl＋H
2
O＋CO
2
↑（3）
（4）
（5）
设7.06g该混合物中含Na
2CO
3
、NaHCO
3
、NH
4
HCO
3
分别为x、y、zmol
从化学方程式（1）（2）（3）可知，第一份7.06g混合物与过量盐酸反应，共生成CO
2为（x＋y＋z）mol
从化学方程式（4）、（5）可知，第二份7.06g混合物加热，其中
x∶y∶z=0.02∶0.04∶0.02=1∶2∶1
答：Na
2CO
3
、NaHCO
3
、NH
4
HCO
3
的物质的量之比为1∶2∶1。
新型无机非金属材料
[例10] 新型无机非金属材料跟传统硅酸盐材料相比，有什么特性？
【分析】（1）能承受高温，强度高。如氮化硅陶瓷在1200℃时仍具有高强度。
（2）具有电学特性。有的可作绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体。
（3）具有光学特性。有的能发出各色光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。
（4）具有生物功能。有些对人体组织有较好的适应性，且硬度高、无毒、不溶于水，可直接植于人体内。
【答案】略。
[例11] 请比较红宝石和蓝宝石成分的异同。人造红宝石和人造蓝宝石各有何用途？
【解答】两者的主要成分都是Al
2O
3
（刚玉）。刚玉中混有少量铬时，呈现红色，就形
成红宝石；刚玉中混有少量钛时，呈现蓝色，就形成蓝宝石。
人造红宝石硬度高，可制钟表的轴承，它能放大某一波长的光而产生激光，可作固体激光器。人造蓝宝石因能使紫外线和可见光通过，可用于制造光学仪器。
[例12] 下列说法正确的是 [ ]
A．二氧化硅溶于水显酸性
B．光导纤维传导光的能力非常强，利用光缆通讯，能同时传送大量信息
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出CO
2
，所以硅酸的酸性比碳酸强
D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸。
分析二氧化硅不溶于水，不溶于强酸，但溶于氢氟酸。因为它能与碱反应生成盐和水，
所以它是酸性氧化物。硅酸酸性比碳酸弱，它反映在CO
2通入Na
2
SiO
3
溶液可生成硅酸。而
SiO
2能和Na
2
CO
3
高温下反应生成CO
2
，它可说明不挥发的SiO
2
可把气体CO
2
制出，但不能说
明碳酸和硅酸的相对强弱。
答案：B
4．实战演练
一、选择题（每小题6分，共48分）
1.（2002年全国高考题）以下说法正确的是
A.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料
B.绿色食品是指不含任何化学物质的食品
C.生物固氮是指植物通过叶面吸收空气中的氮气
D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
2.实验室存放下列各试剂的瓶塞必须用橡皮塞的是
A.澄清石灰水
B.硅酸钠溶液
C.新制氯水
D.氯化钙溶液
3.2MgO·SｉO2中的酸根离子是
A.SiO-2
3B.Si2O-4
6
C.SｉO-4
4D.SiO-2
2
4.将过量的CO2通入下列溶液中，最终出现浑浊的是
A.CaCl2溶液
B.石灰水
C.饱和Na2CO3溶液
D.水玻璃
5.下列各组物质的比较中，正确的是
A.熔点：晶体硅＞碳化硅＞金刚石
B.金属活动性：锗＞锡
C.稳定性：CH4＞SｉH4
D.酸性：H2SｉO3＞H2CO3
6.欲除去SiO2中混有的少量CaCO3和Fe2O3，最好应加入的试剂是
A.硫酸
B.烧碱
C.氢氟酸
D.盐酸
7.现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是
①SiO2?→
?Na2SｉO3
②CuSO4?→
?CｕCl2
③SiO2?→
?H2SｉO3
④CｕO?→
?Cｕ（OH）2
⑤Ca3（ＰO4）2?→
?Ca（H2ＰO4）2
A.①和②
B.③和④
C.②③和④
D.②③④和⑤
8.下列叙述中，不正确
．．．的是
A.光导纤维广泛应用于现代通讯，制造光导纤维的主要原料是SiO2
B.二氧化碳不宜用于扑灭金属钠燃烧引起的火灾
C.一定条件下，可将石墨转化为金刚石，这一变化是物理变化
D.氢气作为新型燃料，其突出的优点是氢气轻，便于携带
二、非选择题（共52分）
9.(12分)将5 g含有SiO2的石灰石与267 mL 0.5 mol·L－1的盐酸反应，所得CO2在标准状况下的体积为1064 mL。
(1)中和剩余的盐酸，需1 mol·L－1 NaOH溶液mL。
(2)煅烧1吨这种不纯的碳酸钙，最后残留物质量为吨。
10.(10分)氮化硅是一种耐高温陶瓷材料，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)氮化硅晶体属于晶体。
(2)已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si 原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气保护下，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：。
11.（10分）普通玻璃的成分Na2CaSi6O14，以氧化物形式可表示为，钾云母的化学式是K2H4Al6Si6O24，以氧化物形式可表示为。
12.(10分)由Fe、Si、Al组成的混合物9.7 g，与足量的稀硫酸反应，在标准状况下可生成5.6 L氢气。若将等质量的该混合物与足量氢氧化钠溶液反应，在标准状况下也可产生同样多的氢气。问在上述9.7 g混合物中含Fe、Si、Al各多少克?
13.（10分）由SiO2和CaCO3组成的混合物26.0 g，经灼烧至质量恒定时，其质量减少8.8 g,试解答：
（1）写出可能发生反应的化学方程式；
（2）求产生的气体在标准状况下的体积；
（3）求原混合物中SiO2的质量。
附参考答案
一、1.D 2.AB 3.C
4.解析：同温下NaHCO3比Na2CO3的溶解度要小。
答案：CD
5.C
6.D
7.解析：SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O CuSO4+BaCl2===BaSO4↓+CuCl2 Ca3(PO4)2+4H3PO4===3Cu(H2PO4)2。
答案：B
8.CD
二、9.（1）38.5 (2)0.582
10.(1)原子（2）Si3N4(3)3SiCl4+6H2+2N2
?
====Si3N4+12HCl
11.Na2O·CaO·6SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
12.Fe:5.6 g Si:1.4 g Al:2.7 g
13.（1）SiO2+CaCO3高温
====CaSiO3+CO2↑，CaCO3
?
====CaO+CO2↑
（2）4.48 L （3）6 g