中学化学个精讲()硅酸盐工业新型无机非金属材料.doc

高中化学58个考点精讲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。Na2SiO32HCl = H2SiO32NaCl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。+172872硅单质与碳相似，有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石，有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410），硬度大，较脆，常温下化学性质不活泼。是良好的半导体，应用：半导体晶体管及芯片、光电池。五氯元素：位于第三周期第A族，原子结构： 容易得到一个电子形成氯离子Cl,为典型的非金属元素，在自然界中以化合态存在。3例题精讲例1 熔融氢氧化钠反应选用的器皿是 答案：DA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SiO2，石英的成分就是SiO2，玻璃的主要成分中也含有SiO2，而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应：SiO2+2NaOHNa2SiO3 所以A、B、C的器皿都不能选用，只能内生铁坩埚。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Na2SiO3CaSiO34SiO2（1）试计算普通玻璃中相当含有Na2O，CaO和SiO2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：Na2SiO3CaSiO34SiO2可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成为：Na2OCaO6SiO2。（1）Na2O的摩尔质量为62g/mol，CaO的摩尔质量为56g/mol，SiO2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Na2O、CaO和SiO2的含量：m（Na2O）：50kg13=6.5kg m（CaO）：50kg11.7=5.85kgm（SiO2）：50kg75.3=37.65kg 再求需纯碱、碳酸钙和二氧化硅的质量：m（SiO2）：37.65kg 答案：（1）普通玻璃中Na2O的质量分数为13，CaO的质量分数为11.7，SiO2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：321.375=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+O2CO2 B为SiO2 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3C为普通玻璃 Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 例5 某硅酸锌样品含58.6的锌，而ZnO与SiO2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SiO2的物质的量之比值，然后用SiO2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SiO2。然后再运用求最简式最基本的方法求出此硅酸锌的组成。 SiO2=1-73.0=27.0该硅酸锌样品的化学式为：2ZnOSiO2。 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：2H4SiO4=H6Si2O7H2O原硅酸结构为：则在所得的H6Si2O7分子的结构中，含有的硅氧键数目为 A5 B6 C7 D8 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H6Si2O7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CO2 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CO2生成正盐Na2CO3，正盐能与酸反应变为酸式盐，所以当CO2过量时即溶液中H2CO3过量时，生成物为NaHCO3，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，Na2SiO3。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Na2SiO3和生成物中的Na2CO3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。Sn氧化后的稳定产物是SnO2（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SnO2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SnO2与PbO由物质的量换算成质量，质量和为116g。解：设100g锡铅合金中含锡为xg，含铅为（100-x）g Sn的物质的量=SnO2的物质的量 Pb的物质的量=PbO的物质的量SnO2与PbO质量和为116g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CO2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CO2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CO2。CO2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896mLCO2。解 全过程发生反应的化学方程式为：Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2（1）NaHCO3HCl=NaClH2OCO2（2）NH4HCO3HCl=NH4ClH2OCO2（3）（4）（5）设7.06g该混合物中含Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3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CO2为（xyz）mol 从化学方程式（4）、（5）可知，第二份7.06g混合物加热，其中xyz=0.020.040.02=121答：Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3的物质的量之比为121。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。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Al2O3（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CO2，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CO2通入Na2SiO3溶液可生成硅酸。而SiO2能和Na2CO3高温下反应生成CO2，它可说明不挥发的SiO2可把气体CO2制出，但不能说明碳酸和硅酸的相对强弱。答案：B4实战演练一、选择题（每小题6分，共48分）1.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3.2MgOSO2中的酸根离子是A.SiOB.Si2O C.SOD.SiO4.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：CH4SH4 D.酸性：H2SO3H2CO36.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SiO2Na2SO3CuSO4CCl2SiO2H2SO3COC（OH）2Ca3（O4）2Ca（H2O4）2A.和B.和C.和D.和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SiO2B.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 molL1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 molL1 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：CD5.C 6.D7.解析：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CuSO4+BaCl2=BaSO4+CuCl2 Ca3(PO4)2+4H3PO4=3Cu(H2PO4)2。 答案：B8.CD二、9.（1）38.5 (2)0.58210.(1)原子 （2）Si3N4 (3)3SiCl4+6H2+2N2Si3N4+12HCl11.Na2OCaO6SiO2 K2O3Al2O36SiO22H2O12.Fe:5.6 g Si:1.4 g Al:2.7 g13.（1）SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2，CaCO3CaO+CO2（2）4.48 L（3）6 g7 / 7