5.3無機非金屬材料（原卷版）-2023-2024學年高一化學學與練（人教版2019）

第三節(jié)無機非金屬材料第1課時無機非金屬材料1．了解硅酸鹽及其結構特點，了解傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品(陶瓷、玻璃、水泥)的工業(yè)生產(chǎn)(原料、設備等)。2．了解硅和二氧化硅的性質(zhì)，認識碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機非金屬材料。3．能從材料組成的角度對無機非金屬材料進行分類。一、硅酸鹽材料1．無機非金屬材料從組成上看，許多無機非金屬材料多含_________等元素，具有_________、_________、_________等特點，以及特殊的_________、_________等性能。2．硅酸鹽及其結構(1)硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了____________結構，Si在中心，O在四面體的4個頂角，許多這樣的四面體通過頂角的O相互連接，即每個Si結合_____個O，每個O結合_____個Si。(2)硅酸鹽的特性硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度_______、_______溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。(3)最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗稱_________，具有黏結力強、耐高溫等特性，可用作_________和_________。硅酸鈉溶液與CO2反應的化學方程式為_____________________________________________。3．常見的硅酸鹽材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：____________，輔助原料：適量的石膏設備陶瓷窯主要成分含水的鋁硅酸鹽硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學儀器、各種器皿、制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程二、新型無機非金屬材料1．硅和二氧化硅(1)硅硅位于元素周期表第______周期、第______族，正好處于金屬與非金屬的過渡位置，其單質(zhì)的導電性介于導體與絕緣體之間，是應用最廣泛的_________材料。硅在自然界主要以_________(如地殼中的大多數(shù)礦物)和_________（如水晶、瑪瑙）的形式存在。(2)高純硅的制備eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(焦炭),\s\do5(1800～2000℃))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(HCl),\s\do5(300℃))eq\x(SiHCl3)eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))eq\x(高純硅)①②③其中涉及的主要化學反應為①____________________________________；②____________________________________；③____________________________________。(3)硅和二氧化硅的用途①高純硅廣泛用于_____________和新能源技術等領域。利用其半導體性能可以制造____________和____________等。②SiO2用于生產(chǎn)____________。2．新型陶瓷(1)組成：不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系。(2)特性和功能：在光學、熱學、電學、磁學等方面具有很多新的特性和功能。(3)常見的類型：____________陶瓷、_________陶瓷、透明陶瓷、超導陶瓷。3．碳納米材料碳納米材料在能源、信息、醫(yī)藥等領域有廣闊的前景，主要包括_________、_________、_________等。?問題一硅酸鹽材料【典例1】“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽【變式練11】陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒結而成C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D．陶瓷化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點【變式練12】下列關于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述不正確的是()A．水玻璃是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕B．在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料C．木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒D．水玻璃的化學性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)?問題二硅及其化合物【典例2】下列有關硅及其化合物的說法正確的是()A．在粗硅的制取中發(fā)生反應2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO↑＋Si，Si被還原，所以C的還原性大于SiB．Na2SiO3屬于鹽，不屬于堿，所以Na2SiO3溶液可以保存在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中C．用SiO2制取硅酸，應先使SiO2與NaOH溶液反應，然后通入CO2D．由Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2↑＋Na2SiO3可知，H2SiO3的酸性大于H2CO3【歸納小結】二氧化硅的化學性質(zhì)(1)穩(wěn)定性：不與水、酸（除HF外）反應；(2)酸性氧化物：①CaO反應：CaO+SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3②與NaOH溶液反應：③特性：與氫氟酸反應：【變式練21】下列關于二氧化硅的敘述不正確的是()①光導纖維主要成分是SiO2，故SiO2可以導電②能跟強堿反應，但不能與水反應③SiO2的熔、沸點較低④既不是酸性氧化物，又不是堿性氧化物A．②和③ B．①③和④C．②和④ D．只有④【變式練22】硅及其化合物在材料領域中應用廣泛。下列說法正確的是()A．水晶項鏈是硅酸鹽制品B．硅單質(zhì)廣泛用于光纖通訊C．利用鹽酸刻蝕石英制作藝術品D．水泥、玻璃、陶瓷屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料?問題三新型無機非金屬材料【典例3】氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300℃條件下反應制得。根據(jù)性質(zhì)，推測氮化硅陶瓷的用途不可能是()A．制汽輪機葉片 B．制有色玻璃C．制永久性模具 D．制造軸承【變式練31】下列關于無機非金屬材料的說法中不正確的是()A．黏土的主要成分是含水的鋁硅酸鹽，是陶瓷的主要原料，陶瓷可用于生產(chǎn)絕緣材料、衛(wèi)生潔具等B．普通硅酸鹽水泥的主要原料是石膏，水泥大量用于建筑和水利工程C．金剛砂硬度大可作砂輪的磨料，具有良好的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫半導體材料D．石墨烯具有電阻率低、熱導率高、強度高的特點，可用于生產(chǎn)動力電池和超輕海綿【變式練32】平昌冬奧會“北京8分鐘”主創(chuàng)團隊用石墨烯制作了在－20℃能發(fā)熱4h的智能服飾；用鋁合金管材和碳纖維制作了高2.35m、重量僅為10kg的熊貓木偶，向世界展現(xiàn)了新時代的中國形象。下列說法不正確的是()A．石墨烯是能導熱的金屬材料B．鋁合金是密度較小的金屬材料C．碳纖維是無機非金屬材料D．新型材料種類多、用途廣【基礎強化】1．據(jù)報道我國科學家最近研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復合而成。下列相關敘述錯誤的是()A．它耐高溫、抗氧化B．它比鋼鐵輕，但質(zhì)地較脆C．它沒有固定熔點D．它是一種新型無機非金屬材料2．《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無砂粘土而為之”，“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”，“澆水轉(zhuǎn)釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說法錯誤的是()A．沙子和黏土的主要成分為硅酸鹽B．“燃薪舉火”使黏土發(fā)生復雜的物理、化學變化C．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦D．黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料3．硅是帶來人類文明的重要元素之一，科學家也提出硅是“21世紀的能源”。這主要是由于硅及其化合物對社會發(fā)展所起的巨大促進作用。下列關于硅及其化合物的說法中錯誤的是()A．傳統(tǒng)無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導纖維，光導纖維遇強堿會“斷路”C．陶瓷、玻璃、水泥容器均不能貯存氫氟酸D．傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽4．SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)(如圖)。下列說法正確的是()A．圖中所有反應都不屬于氧化還原反應B．硅酸鹽的化學性質(zhì)穩(wěn)定，常用于制造光導纖維C．可用鹽酸除去石英(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點很高5．下列有關硅的說法不正確的是()A．硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B．硅的導電性介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料C．硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應D．加熱到一定程度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應6．下列關于二氧化硅的敘述正確的是()A．硅原子和碳原子最外層電子數(shù)相同，二氧化硅和二氧化碳分子結構也相同B．二氧化硅能與氫氧化鈉溶液和氫氟酸反應，所以二氧化硅是兩性氧化物C．二氧化硅中硅元素為＋4價，二氧化硅具有氧化性D．在二氧化硅中，每個硅原子結合2個氧原子7．下列有關硅及其化合物的說法正確的是()A．硅在自然界中以游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式存在B．硅晶體是良好的半導體，可用于制造光導纖維C．木材浸過水玻璃后，不易著火D．SiO2是酸性氧化物，不與任何酸發(fā)生反應8．下列關于硅酸及其鹽的敘述不正確的是()A．硅酸是一種弱酸，可由其酸性氧化物SiO2與水化合而制得B．硅酸鹽是構成地殼中巖石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸鹽C．硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，具有黏合性D．SO2通入Na2SiO3溶液中產(chǎn)生膠狀沉淀，說明酸性H2SO3＞H2SiO39．世博會中國館——“東方之冠”由鋼筋混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。(1)生產(chǎn)硅酸鹽產(chǎn)品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是__________。制備普通玻璃的主要反應的化學方程式為___________________________________________________________。由方程式________(填“能”或“不能”)判斷出酸性H2SiO3＞H2CO3。(2)作場館建筑材料黏合劑和防火劑的硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽。①硅酸鈉在空氣中易與二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式：_________________________________。由此得出酸性：H2SiO3______(填“＞”或“＜”)H2CO3。②硅酸鈉和鹽酸反應的離子方程式：________________________________________。(3)博物館陳列著大量明清磚瓦和精美瓷器(婺州窯)，婺州窯瓷器胎體的原料為高嶺土[AlnSi2O5(OH)4]。下列說法正確的是________(填字母)。A．古代的陶瓷、磚瓦都是硅酸鹽產(chǎn)品B．高嶺土為含水的鋁硅酸鹽C．n＝3D．我國在新石器時代已能燒制陶器10．硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)下列物質(zhì)不含有硅酸鹽的是________(填字母)。A．陶瓷B．玻璃C．水泥 D．生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為_______________________，工藝師常用_____________(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作____________。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是________(填字母)。A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝(4)工業(yè)上常利用反應2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應中所含元素化合價升高的物質(zhì)是________(填化學式，下同)，氧化劑是________?！灸芰μ嵘?．由粗SiO2制備純SiO2的流程如圖所示，下列說法不正確的是()eq\x(粗SiO2)eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液),\s\do5(Ⅰ))eq\x(X)eq\o(→,\s\up7(稀硫酸),\s\do5(Ⅱ))eq\x(Y)eq\o(→,\s\up7(灼燒),\s\do5(Ⅲ))eq\x(SiO2)A．SiO2可用于制造光導纖維B．步驟Ⅱ的反應是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4C．步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代D．若在實驗室中完成步驟Ⅲ，一般在蒸發(fā)皿中進行2．Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關性質(zhì)的說法不正確的是()A．可發(fā)生反應：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能與SO2反應生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiO23．證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是()A．加入過量的鹽酸，觀察是否有氣泡冒出B．加入過量的燒堿溶液，觀察是否有固體溶解C．加熱至高溫，觀察是否有氣泡冒出，是否有硅酸鈣生成D．先加過量的鹽酸攪拌，觀察是否有不溶物剩余及氣泡出現(xiàn)；若有不溶物則濾出，投入氫氧化鈉溶液中看其是否溶解4．某實驗小組設計了如圖裝置探究焦炭還原二氧化硅。已知：PdCl2溶液可用于檢驗CO，反應的化學方程式為CO＋PdCl2＋H2O=CO2＋2HCl＋Pd↓(產(chǎn)生黑色金屬鈀粉末，使溶液變渾濁)。(1)實驗時要通入足夠長時間的N2，其原因是_____________________________________。(2)裝置B的作用是_______________________________________________。(3)裝置C、D中所盛試劑分別為______________、____________，若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經(jīng)檢測兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等，則該反應的化學方程式為________________________________。(4)該裝置的缺點是_______________________________________。(5)設計實驗證明碳酸的酸性比硅酸的強：_____________________________________________________。5．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎材料。通常用碳在高溫下還