無機非金屬材料第1課時-講與練高一化學必修二

無機非金屬材料第1課時講與練知識點一硅酸鹽材料基本知識：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(jié)構(gòu)(1)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧結(jié)構(gòu)，原子在中心，原子在四面體的4個頂角，每個Si結(jié)合個O，每個O結(jié)合個Si。(2)硅酸鹽的特性硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。3．常見的硅酸鹽材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土，輔助原料：適量的石膏設(shè)備陶瓷窯玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)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答案：1．硅、氧，耐高溫、抗腐蝕、硬度高光學、電學等性能。2.四面體，Si，O，4，2。3.黏土純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土，輔助原料：適量的石膏玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯隨堂演練1．世界瓷都—泉州德化盛產(chǎn)陶瓷，下列說法不正確的是()A．國產(chǎn)C919用到的氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料B．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽C．陶瓷化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點D．瓷器的青色來自氧化鐵(Fe2O3)【答案】D【解析】氮化硅陶瓷是一種燒結(jié)時不收縮的無機非金屬陶瓷，A正確；陶瓷的主要成分是硅酸鹽，是應用較早的人造材料之一，B正確；陶瓷由陶土或瓷土經(jīng)高溫燒結(jié)而成，它具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點，C正確；氧化鐵呈紅棕色，摻入氧化鐵的陶瓷不可能呈青色，D不正確。2．下列關(guān)于無機非金屬材料的說法中不正確的是()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．新型無機非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點，具有極大強度C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點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【答案】D【解析】新型無機非金屬材料不但克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料易碎、強度不夠等缺點，并且具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能；新型無機非金屬材料的主要成分并不一定是硅酸鹽，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。3．碳納米管是繼足球烯(C60)以后發(fā)現(xiàn)的又一種碳單質(zhì)，以下有關(guān)碳納米管與足球烯(C60)的說法錯誤的是()A．它們的物理性質(zhì)有較大差異B．在常溫下它們的化學性質(zhì)都穩(wěn)定C．它們是不同的碳單質(zhì)D．它們分別完全燃燒后生成物不同【答案】D【解析】碳納米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性質(zhì)不同；它們都是碳單質(zhì)，都是純凈物，在通常情況下化學性質(zhì)比較穩(wěn)定；二者完全燃燒時都生成二氧化碳。4．水泥和普通玻璃都是常見的硅酸鹽產(chǎn)品，下列說法中不正確的是()A．生產(chǎn)水泥和普通玻璃的每一種原料都含有硅B．水泥、普通玻璃都是混合物C．生產(chǎn)水泥和玻璃都必須用石灰石D．用純凈的石英制成石英玻璃，它的膨脹系數(shù)小，常用來制造耐高溫的化學儀器【答案】A【解析】硅酸鹽工業(yè)所用原料有硅酸鹽、二氧化硅、石灰石、純堿等，不一定每一種原料中都必須含有硅，A錯誤；玻璃和水泥是傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品，其中玻璃的主要成分有硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅等，水泥的主要成分有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等，都是混合物，B正確；生產(chǎn)玻璃的原料主要有純堿、石灰石、石英，生產(chǎn)水泥的原料主要有石灰石、黏土，都需用石灰石，C正確；二氧化硅為原子晶體，熔點高，硬度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，用純凈的石英可制成石英玻璃，它的膨脹系數(shù)小，故常用來制造耐高溫的化學儀器，D正確。知識點二硅及二氧化硅的化學性質(zhì)基本知識：1．硅和二氧化硅(1)硅的存在與結(jié)構(gòu)存在原子結(jié)構(gòu)示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第二位(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粗硅制備：②③提純：；(3)硅和二氧化硅的用途：高純硅廣泛用于技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。SiO2用于生產(chǎn)。答案：1．(1)地殼中居第二位氧化物和硅酸鹽第三周期ⅣA族(2)①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；②③Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2、SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl(3)信息。光導纖維。2．新型陶瓷新型材料成分性能主要應用金剛砂硬度、耐、抗氧化磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導體材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷碳化硅、氮化硅、金屬氧化物耐、抗氧化、耐用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽等能實現(xiàn)能和能的相互轉(zhuǎn)化用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等透明陶瓷氧化鋁、氧化釔等透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷具有優(yōu)異的光學性能、耐高溫、好用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導陶瓷—臨界溫度下具有超導性用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域答案：碳化硅(SiC)硬度大、耐高溫、抗氧化耐高溫、抗氧化、耐腐蝕能實現(xiàn)機械能和電能的相互轉(zhuǎn)化具有優(yōu)異的光學性能、耐高溫、絕緣性好—臨界溫度下具有超導性3.碳納米材料概念性能用途富勒烯由構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如0—制碳納米材料碳納米管由卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當高的和優(yōu)良的性能生產(chǎn)復合材料、電池和傳感器等石墨烯厚度的單層石墨電阻率低、熱導率高，具有很高的強度在光電器件、超級電容器、電池、復合材料等方面的應用研究在不斷深入答案：概念性能用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C60—碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導率高，具有很高的強度隨堂演練1．下列有關(guān)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【答案】C【解析】硅是親氧元素，在自然界中只能以化合態(tài)形式存在，A不正確；硅晶體能夠?qū)щ?，是良好的半導體，光導纖維是由二氧化硅制得的，B不正確；水玻璃是硅酸鈉的水溶液，它具有不易著火的性質(zhì)，所以用水玻璃浸漬木材，不易著火，C正確；SiO2是酸性氧化物，不與一般的酸反應，但能與氫氟酸反應，D不正確。5．下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是()A．陶瓷、玻璃、水泥容器都能貯存氫氟酸B．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在具有磨口玻璃塞的試劑瓶中C．用SiO2制取硅酸，應先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應，然后再通入CO2D．由Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2↑＋Na2SiO3可知，硅酸的酸性強于碳酸【答案】C【解析】陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸鹽，其含有的SiO2能與氫氟酸反應，A項錯誤；硅酸鈉是一種黏合劑，能將玻璃塞和瓶體黏在一起，不便于打開，B項錯誤；D項中的反應能發(fā)生是因為生成的CO2氣體不斷逸出，不能說明硅酸的酸性強于碳酸。3．SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)。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．可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英制成的，其熔點很高【答案】C【解析】圖中SiO2與CaO、CaCO3、Na2CO3反應不屬于氧化還原反應，SiO2與C、Si與Cl2、SiCl4與H2的反應屬于氧化還原反應，A錯誤；光導纖維的主要成分是SiO2而不是硅酸鹽，B錯誤；玻璃沒有固定的熔點，D錯誤。4．二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(各種轉(zhuǎn)化見下圖)。下列說法正確的是()A．SiO2既能與HF反應，又能與NaOH反應，屬于兩性氧化物B．SiO2和Si都是光導纖維材料C．在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠吸水是否失效D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應都是非氧化還原反應【答案】C【解析】二氧化硅是酸性氧化物，二氧化硅能與HF反應是二氧化硅的特性，A錯誤；SiO2是光導纖維材料，Si為半導體材料，B錯誤；CoCl2在吸水和失水狀態(tài)下顯示不同的顏色，C正確；制取Si的過程中涉及了氧化還原反應，D錯誤。5．晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅②粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3：Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2③SiHCl3與過量H2在1000～1100℃反應制得純硅已知SiHCl3能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃。請回答下列問題：(1)第①步制備粗硅的化學反應方程式為____________________________________。(2)粗硅與HCl反應完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點57.6℃)和HCl(沸點－84.7℃)，提純SiHCl3采用的方法為___________________________________。(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：①裝置B中的試劑是________。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是__________________________________________。②反應一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是___________________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_______________________________，裝置D中發(fā)生反應的化學方程式為_____________________________。③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及________________________________________________________________________。④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是________(填字母)。a．碘水b．氯水c．NaOH溶液d．KSCN溶液e．Na2SO3溶液【答案】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(2)分餾(或蒸餾)(3)①濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②有固體物質(zhì)生成在反應溫度下，普通玻璃會軟化SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1000～1100℃))Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣④bd或c【解析】(1)根據(jù)題給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3與H2O強烈反應，故提純SiHCl3的方法只