非金属及其化合物是中学化学中重要知识部分，也是高考的命题重点与热点，在各省份历年高考试题中所占比例较大，试题分值高，综合性可弱可强，出题形式非常灵活，是高考备考的重要内容。此部分的专题内容由硅、氯、硫和氮四种元素及其化合物组成。对硅常以选择题形式考查非金属元素知识，与日常生活联系较密切，如2010年天津理综1,2009广东理基22。对氯元素多以卤素知识为载体进行考查，如2010年北京理综27。对硫氮元素是高考的重点内容，考查形式多样化，如2010海南化学1,2010安徽理综10,2010江苏化学17,2010重庆理综27,2010福建理综25。

高考试题清晰显示，硅、氯、硫、氮非金属元素及其化合物知识不仅会以单一元素考查，还往往与一些重要的基本概念、基本理论及其他元素化合物知识揉合在一起，进行学科内知识的综合考查，以下几方面仍需重点关注。 1．以硅和碳为载体，反映新材料、新技术的题目会在高考试题中出现，考查学生接受处理新信息能力。 2．以氯元素为核心，把握其性质、制法和转化关系，同时兼顾与之相关的基本概念和理论的考查，尤其是氧化还原反应，离子反应等内容。

3．以SO2、H2SO3还原性、浓H2SO4氧化性为主要内容，H2O2、O3为辅助内容，进一步深入研究化学平衡理论和环境保护问题。 4．以N2、NH3结构和性质，NO、NO2溶于水的计算，HNO3的强氧化性为载体，考查基本概念基本理论的应用和实验计算的能力，联系环境保护，考查学生综合分析处理问题能力。

第一讲　无机非金属材料的主角——硅

1．了解硅单质及其主要化合物SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的主要性质。 2．了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的特性与应用。 3．以上各部分知识的综合应用。

知识点 1　　硅和二氧化硅 1.硅单质 (1)含量和存在：硅在地壳中含量居第二位，在自然界中一般以SiO2或硅酸盐的形式存在。 (2)晶体硅的结构：正四面体的立体网状结构(属于原子晶体)。 (3)物理性质：灰黑色、有金属光泽，硬而脆的固体，熔点高，是重要的半导体材料。

(4)化学性质 ①常温下化学性质不太活泼，只与F2、HF和强碱反应。 2F2＋Si===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ②加热或高温：能与O2、H2反应

2．二氧化硅 (1)结构 SiO2晶体为四面体的立体网状结构，属于原子晶体，硅原子与氧原子个数比为1︰2，故二氧化硅化学式写为SiO2。 (2)物理性质 纯净的二氧化硅称为水晶，通常为无色晶体、硬度大、熔点高、不溶于水、不导电。

(3)化学性质 常温下性质较稳定，作为酸性氧化物，不与水反应。 ①与碱性氧化物反应：CaO＋SiO2CaSiO3 ②与碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛放NaOH的试剂瓶不能用玻璃塞) ③与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(用于刻蚀玻璃) (4)应用：二氧化硅可制造光导纤维、光学仪器、石英钟表、玻璃原料和建筑材料，纯净的二氧化硅可做装饰品、工艺品等。

知识点 2　　硅酸和硅酸盐 1.硅酸 (1)弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性弱。 (2)制备：通过可溶性硅酸盐与较强的酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应，化学方程式为：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 (3)硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体。

2．硅酸盐 (1)概念：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 (2)硅酸盐的组成表示方法：通常用SiO2和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为：Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2。 (3)硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用来制备黏合剂、防腐剂、防火材料等。

(4)硅酸盐的用途 ①土壤保肥——土壤胶粒一般带负电，能吸附NH4＋、K＋等营养离子。 ②硅酸盐产品 a．陶瓷——主要是传统硅酸盐陶瓷，它们都是以黏土为原料，经高温烧结而成。 b．普通玻璃——是以纯碱、石灰石和石英为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得。 c．水泥——以黏土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入石膏，研成细粉即得普通水泥。

考点 1　　碳、硅及其化合物间的转化 1.转化关系

2．CO2与SiO2比较

3.碳、硅元素单质及其化合物的特性 (1)一般情况，非金属元素单质，熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 (2)一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

(4)硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (5)一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (6)一般情况下，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

(9)一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O===H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。

特别提醒 与强碱反应生成H2的固体单质有Al和Si，能够置换出水中的氢的非金属单质为C，这些特征反应常作为推断题的突破口。

[例1]　(2011·烟台统考)在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是(　　) ①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤硝酸　⑥氢氧化钠　⑦硫酸钙 A．③⑤⑦　　　　　　　　 B．⑤⑦ C．③⑤ D．⑤ [解析]SiO2属于酸性氧化物，可以与碱、碱性氧化物或盐反应；SiO2在高温下具有一定的氧化性，能与C等反应；Si属于亲氟元素，SiO2能与HF反应生成SiF4。 [答案]D

变式训练 1．二氧化硅的熔、沸点较高的原因是(　　) A．二氧化硅中，硅、氧原子个数之比为1∶2 B．二氧化硅晶体不溶于水 C．二氧化硅呈空间网状结构且Si—O键的键能大 D．二氧化硅晶体中原子以共价键相结合 [解析]此题难度不大，但涉及二氧化硅晶体结构的重点知识。二氧化硅熔、沸点较高的原因，是由于其晶体里Si—O键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，熔融它需消耗较多的能量。故选C。 [答案]C

2．下列反应不能一步得到的是(　　) A．SiO2―→Na2SiO3　　　 B．SiO2―→H2SiO3 C．Na2CO3―→Na2SiO3 D．H2SiO3―→SiO2 [解析]二氧化硅可与氢氧化钠溶液直接反应生成硅酸钠；碳酸钠可与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠；硅酸可直接加热分解生成二氧化硅；故只有B符合题意。 [答案]B

考点 2　　硅酸盐的表示方法 1.硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如，石棉：CaO·3MgO·4SiO2。 2．方法：(1)找出组成元素；(2)写出氧化物的形式；(3)注意原子守恒；(4)检查有无遗漏。 3．氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

②硅酸盐组成的表示方法采用的是氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。 ③硅酸盐用氧化物的形式表示时，遵循各元素化合价不变的原则。

[例2]矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中一部分生成的。例如，正长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2· (Si2O5)(OH)4]，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO3－＋4H2SiO3＋Al2(Si2O5)(OH)4。 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式： ①KAlSi3O8___________________________________________。 ②Al2(Si2O5)(OH)4______________________________________。 (2)这个反应能够发生的原因是___________________________

[解析](1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物形式时，只需将除O以外所有的元素写成其氧化物形式，中间用“·”间隔，注意组成要与原硅酸盐一致。 (2)风化的反应是复杂的化学反应，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规律，问题就会迎刃而解。 [答案](1)①K2O·Al2O3·6SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O (2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸

变式训练 3．三硅酸镁晶体可用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，这是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。其化学式为Mg2Si3O8·nH2O。 (1)用氧化物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：

[解析]用氧化物形式表示硅酸盐时，应注意其书写原则：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。第(2)问若直接写三硅酸镁与盐酸反应，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，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＋3SiO2＋(n＋2)H2O

4．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 [解析]根据化合物中各元素化合价的代数和为零，可得2×(＋3)＋2×(＋4)＋x·(－2)＋y·(－1)＝0 故有2x＋y＝14 将选项代入，便可得出答案。 [答案]B

客观题：二氧化硅与二氧化碳的比较 [例1]　(2010·模拟精选，广东中山模拟)下列说法中，不正确的是(　　) A．SiO2和CO2都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应 B．SiO2不能与任何酸发生反应 C．SiO2和CO2在一定条件下，均可与CaO发生反应 D．SiO2不溶于水，而CO2可与水反应，生成H2CO3 [解析]SiO2是一种酸性氧化物，但是可与HF溶液发生反应，生成SiF4和H2O，答案为B。 [答案]B

高分策略 本题考查了二氧化碳与二氧化硅的属类及性质。比较时要从二者的物质类别和结构类型去分析，同时要注意二者物理、化学性质差异的合理解释。

主观题：硅的制备实验探究 [例2]　获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。 (1)光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，利用光缆通讯，能同时传输大量信息。制造光纤电缆的主要原材料的化学式是________________________________________________________________________。它属于________材料。

近代用得较多的另一种方法(之二)是：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷，再热分解硅烷可得高纯硅。单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。 根据上述信息回答以下问题：

①从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅为何还要进一步处理？ _____________________________________________________ _____________________________________________________。 ②写出方法二中，生产高纯硅的两个化学反应方程式： ____________________________________________________， ____________________________________________________。

[解析](1)根据SiO2的主要用途进行判断。(2)由方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的是粗硅，还要进行除杂处理，杂质为SiO2和C等。杂质如果不易除去，则可以考虑将所需物质从混合物中分离出来。(3)根据信息先判断反应物与产物的种类，再书写化学方程式。 [答案](1)SiO2　无机非金属 (2)①由C还原SiO2得到的单质硅中，杂质含量过高，将它用HCl、Cl2处理得到低沸点SiHCl3，便于蒸发提纯，然后再还原得高纯硅

[题后反思] 本题是利用工业上二氧化硅来制备纯硅的流程为载体，考查了二氧化硅与硅的相关性质。同时也锻炼了学生接受信息和处理信息的能力。

1．据《参考信息》报道，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，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是(　　) A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料 B．自然界中存在大量单质硅 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．自然界中硅的贮量丰富

[解析]由于硅的亲氧性，自然界的硅都以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，无单质硅。 [答案]B

2．宣传科学知识，介绍高新科技，揭露伪科学，是科学工作者的义务，下列说法正确的是(　　) A．以石英砂为主要原料生产光导纤维 B．“水玻璃”超薄透明，是一种新型装饰材料 C．纳米材料是一种称为“纳米”的新物质制成的材料 D．炭炉边放盆水，可防止煤气中毒 [解析]石英砂的主要成分是SiO2，“水玻璃”是Na2SiO3水溶液的俗称，纳米是长度单位，1 nm＝10－9m，煤气(CO)不溶于水。 [答案]A

3．下列说法不正确的是(　　) A．有自主产权的“中国芯”主要成分是Si B．氢氟酸应盛放在带胶塞的瓷器中 C．向水玻璃中通入CO2，能生成胶状沉淀 D．用光纤上网，可提高网速 [解析]瓷器中也含有SiO2，氢氟酸与SiO2反应，B错误。 [答案]B

4．(2011·海安模拟)世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是(　　) A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂 B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C．普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙及二氧化硅 D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口黏在一起

[解析]玻璃的主要成分可以表示为Na2O·CaO·6SiO2，属于玻璃态物质，是混合物。根据所学知识不难判断AC正确；混合物没有固定的熔、沸点，故B错误。玻璃中的SiO2与烧碱反应生成易溶于水的硅酸钠，硅酸钠是无机黏合剂，将玻璃塞与瓶口黏合，故D正确。 [答案]B

5．(2010·广东深圳高三联考)青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　) A．青石棉是一种硅酸盐原料 B．青石棉中含有一定量的石英晶体 C．青石棉的化学组成可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原 [答案]B

6．(2009·四川理综，6)开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是(　　) A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料 C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料 D．单晶硅常用于制造光导纤维 [解析]B项，C60属于分子晶体；C项，纤维素乙酸酯是人工合成的高分子材料；D项，二氧化硅常用于制造光导纤维。 [答案]A

7．《青花瓷》中所描绘的“屏层鸟绘的牡丹——如你梳妆”、“色白花青的景已跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来才知道大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是 (　　) A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B．性质稳定，不易脱色 C．易溶解于强酸和强碱溶液 D．x等于6

[解析]由题意可知硅酸铜钡比较稳定，则C错误。由化合物中各元素的化合价代数和为零，有(＋2)＋(＋2)＋2×(＋4)＋x·(－2)＝0，解得x＝6，D正确。

8．2009年10月6日，诺贝尔物理学奖授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) A．二氧化硅是H2SiO3的酸酐，因此能与水反应 B．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标况)时，得到2.8 g硅 C．6 g的二氧化硅中含有0.2 mol的共价键 D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应

[答案]D

9．(1)将下列硅酸盐改写成氧化物的形式(改写时注意金属氧化物在前，非金属氧化物在后，低价在前，高价在后，H2O一般写在最后)： ①镁橄榄石(Mg2SiO4)：________； ②高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]：________。 (2)许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写为氧化物形式，请继续改写以下物质： HNO3______；HCOOH________；KAl(SO4)2·12H2O________。 通过以上改写可知，HNO3的酸酐为________，HCOOH与H2SO4反应可制________气体。

(3)已知在一定条件下，Fe在Cl2中燃烧可以生成Fe3Cl8，它可以看作是FeCl2·2FeCl3，类似地，碘与Fe在一定条件下可得到Fe3I8，则它可以看作是________。 [解析]改写时注意中心元素的化合价不变，同时不能出现分数，不够时可在前面加计量数，如HNO3可视为2HNO3写作N2O5·H2O。对(3)因Fe3＋与I－不能共存，故不能写成FeI2·2FeI3。 [答案](1)①2MgO·SiO2　②Al2O3·2SiO2·2H2O (2)N2O5·H2O　CO·H2O　K2O·Al2O3·4SO3·24H2O　N2O5　CO　(3)3FeI2·I2

10．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于________族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为________，A与B在原子的电子层结构上的相同点是________________________。 (2)易与C发生化学反应的酸是________，反应的化学方程式是__________________。

(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。 ①写出生成D和F反应的化学方程式： ___________________________________________________。 ②要将纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是________。 A．普通玻璃坩埚　　　　 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 (4)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是________。

[解析](1)A元素单质可做半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，比硅相对原子质量小的同族元素为碳。 (2)C为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸。 (3)SiO2与Na2CO3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Na2CO3。

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