无机非金属材料第1课时-讲与练高一化学必修二.doc

无机非金属材料第1课时讲与练
知识点一　硅酸盐材料
基本知识：
1．无机非金属材料：从组成上看，许多无机非金属材料多含 、 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。
2．硅酸盐及其结构
(1)硅酸盐的结构

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧 结构， 原子在中心， 原子在四面体的4个顶角，每个Si结合 个O，每个O结合 个Si。
(2)硅酸盐的特性
硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
3．常见的硅酸盐材料

陶瓷
普通玻璃

普通水泥
原料
黏土
纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)
主要原料：石灰石、黏土，辅助原料：适量的石膏
设备
陶瓷窑
玻璃窑
水泥回转窑
主要成分
含水的铝硅酸盐
硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)
硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等
大量用于建筑和水利工程

答案：1． 硅、氧 ， 耐高温、抗腐蚀、硬度高 光学、电学等性能。
2.四面体 ，Si ，O ， 4 ， 2 。
3.

黏土
纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)
主要原料：石灰石、黏土，辅助原料：适量的石膏

玻璃窑
水泥回转窑
随堂演练
1．世界瓷都—泉州德化盛产陶瓷，下列说法不正确的是(　　)
A．国产C919用到的氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
C．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
D．瓷器的青色来自氧化铁(Fe2O3)
【答案】　D
【解析】　氮化硅陶瓷是一种烧结时不收缩的无机非金属陶瓷，A正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，是应用较早的人造材料之一，B正确；陶瓷由陶土或瓷土经高温烧结而成，它具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，C正确；氧化铁呈红棕色，掺入氧化铁的陶瓷不可能呈青色，D不正确。
2．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是(　　)
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大强度
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
【答案】　D
【解析】　新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料易碎、强度不够等缺点，并且具有特殊结构、特殊功能新型无机非金属材料的主要成分并不一定是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
3．碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是(　　)
A．它们的物理性质有较大差异
B．在常温下它们的化学性质都稳定
C．它们是不同的碳单质
D．它们分别完全燃烧后生成物不同
【答案】　D
【解析】碳纳米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性质不同；它们都是碳单质，都是纯净物，在通常情况下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。
4．水泥和普通玻璃都是常见的硅酸盐产品，下列说法中不正确的是(　　)
A．生产水泥和普通玻璃的每一种原料都含有硅
B．水泥、普通玻璃都是混合物
C．生产水泥和玻璃都必须用石灰石
D．用纯净的石英制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器
【答案】　A
【解析】　硅酸盐工业所用原料有硅酸盐、二氧化硅、石灰石、纯碱等，不一定每一种原料中都必须含有硅，A错误；玻璃和水泥是传统硅酸盐产品，其中玻璃的主要成分有硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅等，水泥的主要成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等，都是混合物，B正确；生产玻璃的原料主要有纯碱、石灰石、石英，生产水泥的原料主要有石灰石、黏土，都需用石灰石，C正确；二氧化硅为原子晶体，熔点高，硬度大，结构稳定，用纯净的石英可制成石英玻璃，它的膨胀系数小，故常用来制造耐高温的化学仪器，D正确。
知识点二　 硅及二氧化硅的化学性质
基本知识：
1．硅和二氧化硅
(1)硅的存在与结构
存在
原子结构示意图
周期表中位置
含量
存在形态
地壳中居第二位

(2)高纯硅的制备

①　　　　　　 ②　　　　　 ③
其中涉及的主要化学反应为
①粗硅制备：
②③提纯： ；
(3)硅和二氧化硅的用途：高纯硅广泛用于 技术和新能源技术等领域。SiO2用于生产 。
答案：1．(1)
地壳中居第二位
氧化物和硅酸盐

第三周期ⅣA族

(2)①SiO2＋2CSi＋2CO↑；②③Si＋3HClSiHCl3＋H2、SiHCl3＋H2Si＋3HCl
(3)信息。光导纤维。
2．新型陶瓷
新型材料
成分
性能
主要应用
金刚砂

硬度 、耐 、抗氧化
磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料
高温结构陶瓷
碳化硅、氮化硅、金属氧化物
耐 、抗氧化、耐
用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
压电陶瓷
钛酸盐、锆酸盐等
能实现 能和 能的相互转化
用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
透明陶瓷
氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷
具有优异的光学性能、耐高温、 好
用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷
—
临界温度下具有超导性
用于电力、交通、医疗等领域
答案：

碳化硅(SiC)
硬度大、耐高温、抗氧化

耐高温、抗氧化、耐腐蚀

能实现机械能和电能的相互转化

具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好

—
临界温度下具有超导性

3.碳纳米材料

概念
性能
用途
富勒烯
由 构成的一系列笼形分子的总称，如 0
—
制碳纳米材料
碳纳米管
由 卷成的管状物，具有纳米尺度的直径
比表面积大，有相当高的 和优良的 性能
生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯
厚度的单层石墨
电阻率低、热导率高，具有很高的强度
在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究在不断深入
答案：

概念
性能
用途
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60
—

碳纳米管
由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径
比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能

石墨烯
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
电阻率低、热导率高，具有很高的强度

随堂演练
1．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
A．硅在自然界中以游离态和化合态两种形式存在
B．硅晶体是良好的半导体，可用于制造光导纤维
C．木材浸过水玻璃后，不易着火
D．SiO2是酸性氧化物，不与任何酸发生反应
【答案】　C
【解析】　硅是亲氧元素，在自然界中只能以化合态形式存在，A不正确；硅晶体能够导电，是良好的半导体，光导纤维是由二氧化硅制得的，B不正确；水玻璃是硅酸钠的水溶液，它具有不易着火的性质，所以用水玻璃浸渍木材，不易着火，C正确；SiO2是酸性氧化物，不与一般的酸反应，但能与氢氟酸反应，D不正确。
5．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
A．陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸
B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在具有磨口玻璃塞的试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知，硅酸的酸性强于碳酸
【答案】　C
【解析】　陶瓷、玻璃、水泥的主要成分都是硅酸盐，其含有的SiO2能与氢氟酸反应，A项错误；硅酸钠是一种黏合剂，能将玻璃塞和瓶体黏在一起，不便于打开，B项错误；D项中的反应能发生是因为生成的CO2气体不断逸出，不能说明硅酸的酸性强于碳酸。
3．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是(　　)

A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维
C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
【答案】　C
【解析】　图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。
4．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(各种转化见下图)。下列说法正确的是(　　)

A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B．SiO2和Si都是光导纤维材料
C．在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效
D．图中所示转化反应都是非氧化还原反应
【答案】　C
【解析】　二氧化硅是酸性氧化物，二氧化硅能与HF反应是二氧化硅的特性，A错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D错误。
5．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HClSiHCl3＋H2
③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅
已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
请回答下列问题：
(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为____________________________________。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为___________________________________。
(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：

①装置B中的试剂是________。
装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是___________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_______________________________，装置D中发生反应的化学方程式为_____________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________________________________________________________________。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(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＋2CSi＋2CO↑　(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化　②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　③排尽装置中的空气　④bd或c
【解析】(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。
(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。
(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000～1 100 ℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。