5-3-無機(jī)非金屬材料(原卷版)

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無機(jī)非金屬材料學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)了解硅元素及其化合物在自然界的存在，知道晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，能說出它的主要用途；了解硅酸鹽的組成，學(xué)會(huì)用氧化物的形式表示復(fù)雜硅酸鹽的方法，知道硅酸鈉的性質(zhì)和用途?？茖W(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任玻璃、水泥和陶瓷是硅酸鹽制品以及生產(chǎn)它們的主要原料。預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)一、硅酸鹽材料原料設(shè)備1陶瓷－2玻璃3水泥二、新型無機(jī)非金屬材料1、硅和二氧化硅（1）硅在自然界以和的形式存在，單質(zhì)硅導(dǎo)電性介于與之間，是良好的材料。（2）粗硅的制?。篲____________________。（3）高純度硅的制?。旱谝徊剑汗I(yè)上是用硅石（SiO2）和焦炭以一定比例混合，在電爐中加熱至1800~2000℃而制得純度為95%~99%的粗硅；第二步：三氯氫硅的合成，三氯氫硅是由干燥的氯化氫氣體和粗硅粉在合成爐中（,300℃）進(jìn)行合成的。第三步：提純?nèi)葰涔韬透呒儦浠旌虾螅ㄈ?100℃還原爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，即可得到硅。涉及的方程式分別為：______________________、_____________________、______________________________。（4）高純硅廣泛用于______和______等領(lǐng)域；二氧化硅可用于生產(chǎn)_____________。2、新型陶瓷（1）新型陶瓷在、、、等方面具有很多新的特性和功能，進(jìn)一步拓展了陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。（2）碳化硅俗稱，其中的碳原子和硅原子通過鍵連接，具有類似于金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度，可用作的磨料。碳化硅具有優(yōu)異的性能，使用溫度可達(dá)到1600℃，大大超過了普通金屬所能承受的溫度，可以用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。3、碳納米材料（1）碳納米材料是一類新型無機(jī)非金屬材料，主要包括、、等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。（2）富勒烯是由碳原子的構(gòu)成的一系列籠型分子的總稱，其中的是富勒烯的代表物。（3）石墨烯是只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，他的特點(diǎn)是、，具有很高的強(qiáng)度。重難突破重點(diǎn)1單質(zhì)硅、二氧化硅及其硅酸鹽的性質(zhì)1．硅的化學(xué)性質(zhì)：常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑。加熱時(shí)可與一些非金屬及其他物質(zhì)反應(yīng)。(1)常溫下，除能與氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿反應(yīng)外，硅不與氧氣、氯氣、硫酸、硝酸、鹽酸等其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。①與氟氣反應(yīng)：Si＋2F2=SiF4；②與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；③與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(2)加熱時(shí)，硅能與氧氣、氯氣等反應(yīng)，也能與碳反應(yīng)（3）硅的制備硅單質(zhì)是由其氧化物制得的，主要分為兩個(gè)階段：2.CO2和SiO2的比較物質(zhì)二氧化碳二氧化硅主要物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)低高溶解性可溶不溶化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)CO2+H2OH2CO3不反應(yīng)與酸反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O與堿反應(yīng)（NaOH）CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或CO2+NaOH=NaHCO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O盛堿液的試劑瓶不能用玻璃塞與鹽的反應(yīng)CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑與堿性氧化物的反應(yīng)與Na2O反應(yīng)：CO2+Na2O=Na2CO3與CaO的反應(yīng)：SiO2+CaO=CaSiO33.硅、二氧化硅、硅酸、硅酸鹽的特殊性質(zhì)物質(zhì)一般規(guī)律硅及其化合物的特性Si硅的還原性大于碳2C＋SiO2Si＋2CO↑非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)一般不產(chǎn)生H2硅可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2非金屬一般不與非氧化性酸反應(yīng)Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑非金屬單質(zhì)一般為絕緣體硅為半導(dǎo)體，常用于電子部件SiO2酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸SiO2不溶于水，也不與水反應(yīng)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O“較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的一個(gè)規(guī)律，H2CO3的酸性大于H2SiO3但以下反應(yīng)不符合此規(guī)律Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑H2SiO3無機(jī)酸一般易溶于水硅酸和原硅酸均難溶于水硅酸鹽大多數(shù)硅酸鹽難溶于水常見的可溶性硅酸鹽為Na2SiO3，水溶液稱水玻璃、泡花堿【例1】下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是()A．CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物D．CO2和SiO2物理性質(zhì)不同，但化學(xué)性質(zhì)一樣重點(diǎn)2硅酸與碳酸的對(duì)比1．硅酸二氧化硅對(duì)應(yīng)的水化物是硅酸。(1)性質(zhì)①硅酸為白色固體，難溶于水。②酸性極弱，比碳酸還弱，不能使指示劑發(fā)生變色，只能與強(qiáng)堿反應(yīng)，例如：H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O③硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H2SiO3SiO2+H2O(2)制備由于二氧化硅不能與水化合，所以制備硅酸時(shí)只能使用間接的方法，如向Na2SiO3溶液中滴加鹽酸或通入CO2氣體等，利用的原理都是：強(qiáng)酸＋弱酸鹽―→弱酸＋強(qiáng)酸鹽。如：CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO32．碳酸二氧化碳對(duì)應(yīng)的水化物是碳酸(H2CO3)，碳酸的酸性很弱(但比H2SiO3強(qiáng))，且很不穩(wěn)定。H2CO3=H2O＋CO2↑因此，有關(guān)碳酸的化學(xué)反應(yīng)通常用二氧化碳和水來代替?！纠?】為確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請(qǐng)據(jù)此回答：(1)錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應(yīng)為________。(2)裝置B所盛的試劑是_____________，其作用是_____________________________。(3)裝置C所盛試劑是______________，C中反應(yīng)的離子方程式是___________________。(4)由此得到的結(jié)論是：酸性：____＞____＞____。重點(diǎn)3硅酸鹽及其組成的表示1．硅酸鹽由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。2．硅酸鈉：硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。3．硅酸鹽常用的表示法——氧化物法硅酸鹽通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成，改寫時(shí)的規(guī)律為：（1）氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。（2）氧化物之間以“·”隔開。（3）氧化物前的化學(xué)計(jì)量數(shù)配置原則：各元素原子總個(gè)數(shù)比符合原來的組成。（4）化學(xué)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。例如：高嶺土：Al2O3·2SiO2·2H2O石棉：CaO·3MgO·4SiO2沸石：Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O滑石：3MgO·4SiO2·H2O長石：K2O·Al2O3·6SiO2（長石KAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2）?！纠?漢代器物上的顏料“漢紫”至今尚沒有發(fā)現(xiàn)其自然存在的記載。20世紀(jì)80年代科學(xué)家進(jìn)行超導(dǎo)材料研究時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)其成分為紫色的硅酸銅鋇(化學(xué)式：BaCuSi2Ox，Cu為＋2價(jià))，下列有關(guān)“漢紫”的說法中不正確是()A．用鹽的形式表示：BaSiO3·CuSiO3B．用氧化物形式表示：BaO·CuO·2SiO2C．易溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿D．性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色課堂演練1.我國具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號(hào)”的問世，填補(bǔ)了我國計(jì)算機(jī)制造史上的一項(xiàng)空白。下列對(duì)晶體硅的有關(guān)敘述正確的是()A．晶體硅和金剛石的物理性質(zhì)相似B．晶體硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)C．晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，但是它的提煉工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴D．晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導(dǎo)電2．下列說法正確的是()A．硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊B．工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C．水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D．粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)3.①水泥路②門窗玻璃③水晶鏡片④石英鐘表⑤瑪瑙手鐲⑥硅太陽能電池⑦光導(dǎo)纖維⑧計(jì)算機(jī)芯片，所用材料為SiO2或要用到SiO2的是()A．⑥⑧B．①②⑦⑧C．①②③④⑤⑦D．全部4.下列敘述正確的是()A．Na2SiO3是硅酸鹽，所以不溶于水B．電影銀幕用水玻璃浸泡，主要是為了防腐C．建筑工業(yè)常用水玻璃作粘合劑D．用水玻璃浸泡鐵道的木制枕木，主要是為了防火5.下列含硅物質(zhì)：①硅酸鈣CaSiO3，②長石KAlSi3O6，③石棉CaMg3Si4O12，它們?cè)诮M成上的相同點(diǎn)是_____________________________，共同的物質(zhì)類別是____________。它們種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成各異，通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成，如硅酸鈣CaSiO3可表示為CaO·SiO2，長石表示為_____________________，石棉表示為________________________。課后學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)鞏固1.下列關(guān)于碳和硅的比較，正確的是()A．它們的氧化物都能與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸B．碳和硅的最高正價(jià)都是＋4價(jià)C．硅元素在地殼中的含量占第二位，碳占第一位D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游離態(tài)也有化合態(tài)2.據(jù)《參考消息》報(bào)道，有科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”“未來的石油”的觀點(diǎn)。假如硅作為一種普遍使用的新型能源被開發(fā)利用，關(guān)于其有利因素的下列說法中，你認(rèn)為不正確的是()A．硅便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料B．自然界中存在大量單質(zhì)硅C．硅燃燒放出的熱量大，且燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染程度低，容易有效控制D．自然界中硅的貯量豐富3．（雙選）下列離子方程式書寫不正確的是()A．往NaOH溶液中通入少量CO2：CO2＋OH－=HCO3－B．H2SiO3與NaOH溶液混合：2OH－＋H2SiO3=2H2O＋SiO32－C．石英砂與燒堿反應(yīng)制水玻璃：SiO2＋2OH－=SiO32－＋H2OD．往水玻璃中通入二氧化碳：Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋2Na＋＋CO32－4．材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅5.用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中正確的是()A．鈣沸石[CaAl2Si3O10·3H2O]，表示為Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石(Mg2SiO4)，表示為MgO·eq\f(1,2)SiO2C．鉀云母(K2Al6Si6H4O24)，表示為K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示為3MgO·4SiO2·H2O6．在制玻璃、制水泥兩種工業(yè)生產(chǎn)中，都需要原料()A．純堿B．石灰石C．石英D．黏土7.開發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說法正確的是()A．氮化硅陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料B．C60屬于原子晶體，用于制造納米材料C．纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料D．單晶硅常用于制造光導(dǎo)纖維8.北京奧運(yùn)金牌“金玉合璧”(如圖)上的環(huán)形玉是產(chǎn)自新疆的和田玉，和田玉是一種具有鏈狀結(jié)構(gòu)的含水鈣鎂硅酸鹽。某種和田玉的化學(xué)成分為Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有關(guān)敘述中正確的是()A．將該和田玉的化學(xué)式改寫成氧化物的形式可表示如下：2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2OB．該和田玉能抵抗任何酸或堿的腐蝕C．該和田玉中Fe的化合價(jià)為＋2D．該和田玉是由5種氧化物組成的混合物9.指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在A～D選項(xiàng)中選擇正確答案填 入括號(hào)內(nèi)。①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O()②SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up11(高溫))Na2SiO3＋CO2↑()③SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up11(高溫))Si＋2CO↑()④SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O()A．作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B．弱氧化性C．酸性氧化物的通性 D．將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來10.在下圖所示的物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化關(guān)系中，A是一種固體單質(zhì)，E是一種白色不溶于水 的物質(zhì)。據(jù)此填空。(1)寫出各物質(zhì)的化學(xué)式：A_______、B______、C______、D_______、E________、F________。(2)B與a溶液反應(yīng)的離子方程式是________________________。(3)A與a溶液反應(yīng)的離子方程式是___________________________。提升演練11、硅單質(zhì)和碳單質(zhì)及相應(yīng)氧化物、氫化物、鹽在性質(zhì)上有很多相似的地方。如它們的最高價(jià)氧化物都是酸性氧化物，都能與堿反應(yīng)生成鹽和水，都能和堿性氧化物(如CaO)反應(yīng)生成鹽等；它們的氫化物都能燃燒生成對(duì)應(yīng)的氧化物和水。把河沙(主要成分