第03天無(wú)機(jī)非金屬材料（原卷版）

寒假打卡第03天第五章第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料一、硅單質(zhì)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)地殼中居第二位氧化物和硅酸鹽第三周期ⅣA族2．硅的性質(zhì)：還原性為主常溫下與F2、HF、NaOH反應(yīng)；加熱時(shí)能與H2化合生成不穩(wěn)定的氫化物SiH4，加熱時(shí)還能與Cl2、O2化合分別生成SiCl4、SiO2。涉及的化學(xué)方程式如下：①與非金屬單質(zhì)反應(yīng)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=====,\s\up7(△))SiO2,F2：Si＋2F2===SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=====,\s\up7(△))SiCl4))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↑。3．硅的制?。孩僦迫〈止瑁汗I(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質(zhì)的粗硅：SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。②粗硅提純：Si＋2Cl2eq\o(=====,\s\up7(高溫))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=====,\s\up7(高溫))Si＋4HCl。(3)硅的用途：①良好的半導(dǎo)體材料；②太陽(yáng)能電池；③計(jì)算機(jī)芯片。【名師點(diǎn)撥】(1)用焦炭還原SiO2，產(chǎn)物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等雜質(zhì)，與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中含有CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。【典例示范】【例1】下列有關(guān)硅的說(shuō)法不正確的是()A．硅是人類(lèi)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B．硅的導(dǎo)電性介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．加熱到一定程度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)二、二氧化硅1．酸性氧化物的通性SiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O(盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞)SiO2不溶于水，與水不反應(yīng)2．氧化性：SiO2+2CSi+2CO3．SiO2和HF反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O(特性)，玻璃中含有SiO2，可以用HF來(lái)刻蝕玻璃。盛放氫氟酸不能用玻璃瓶，可以用塑料瓶。4．SiO2用途：天然二氧化硅有結(jié)晶形和無(wú)定形兩大類(lèi)，統(tǒng)稱(chēng)硅石。它的硬度較大，熔點(diǎn)較高。以SiO2為主要成分的沙子是基本的建筑材料。純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料(光導(dǎo)纖維的成分是二氧化硅)。石英、瑪瑙(成分SiO2)用于制作飾物和工藝品?！久麕燑c(diǎn)撥】(1)SiO2中硅元素為＋4價(jià)，是Si元素的最高價(jià)態(tài)，具有較弱的氧化性能與C在高溫下反應(yīng)。(2)SiO2是酸性氧化物，H2SiO3的酸酐，與水不反應(yīng)，硅酸只能用相應(yīng)的可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制得。(3)實(shí)驗(yàn)室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，要用橡膠塞。原因是玻璃中含有SiO2，與NaOH溶液反應(yīng)生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很強(qiáng)的黏合性，能將玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打開(kāi)。(4)氫氟酸能與SiO2反應(yīng)，故氫氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而應(yīng)存放在塑料瓶中?！镜淅痉丁俊纠?】純二氧化硅可用下列流程制得。相關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．X的主要成分可用作木材防火劑B．步驟Ⅰ的反應(yīng)是SiO2+2OH=SiO32+H2OC．步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2來(lái)代替D．步驟Ⅲ若在實(shí)驗(yàn)室完成，一般在蒸發(fā)皿中進(jìn)行三、硅酸鹽材料1．硅酸鹽(1)結(jié)構(gòu)：在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，如圖所示，四面體通過(guò)頂角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有。(2)性質(zhì)：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，硅酸鹽的特殊結(jié)構(gòu)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(diǎn)。2．最簡(jiǎn)單的硅酸鹽——Na2SiO33．傳統(tǒng)硅酸鹽材料項(xiàng)目普通玻璃普通水泥陶瓷生產(chǎn)原料純堿、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)石灰石、黏土黏土生產(chǎn)設(shè)備玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯陶瓷窯主要成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2——主要用途用于生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，還可制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等【名師點(diǎn)撥】(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半導(dǎo)體材料的是晶體硅而不是SiO2，用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2而不是硅。(2)CO2與酸不反應(yīng)，SiO2能與氫氟酸反應(yīng)?！镜淅痉丁俊纠?】《天工開(kāi)物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無(wú)沙黏土而為之”，“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(shuō)法錯(cuò)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(fù)雜的物理、化學(xué)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四、新型無(wú)機(jī)非金屬材料1．新型陶瓷——碳化硅(SiC)俗稱(chēng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要性能生產(chǎn)應(yīng)用金剛砂碳原子、硅原子以共價(jià)鍵連接，結(jié)構(gòu)類(lèi)似金剛石硬度很大、高溫抗氧化性能優(yōu)異砂紙和砂輪的磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料和耐高溫半導(dǎo)體材料2．其它新型陶瓷材料類(lèi)別主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等壓電陶瓷具有電學(xué)特性鈦酸鋇陶瓷聲吶系統(tǒng)、氣象探測(cè)等透明陶瓷具有光學(xué)特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高壓鈉燈、激光器和高溫探測(cè)窗等超導(dǎo)陶瓷具有超導(dǎo)性超導(dǎo)陶瓷電力、交通、醫(yī)療等3．碳納米材料新型材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要性能主要應(yīng)用富勒烯碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子工業(yè)材料，應(yīng)用于電化學(xué)，催化劑，化妝品，抗癌藥物等碳納米管石墨片層卷成的直徑納米級(jí)的管狀物比表面積大，具有高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導(dǎo)率高、具有很高的強(qiáng)度應(yīng)用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面【名師點(diǎn)撥】【典例示范】【例4】下列物質(zhì)不屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是()A．玻璃纖維B．光導(dǎo)纖維C．金剛砂D．碳納米管判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以用來(lái)生產(chǎn)芯片和硅太陽(yáng)能電池等。()(2)生產(chǎn)光導(dǎo)纖維的原料是二氧化硅。()(3)SiO2既能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)也能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物。()(4)水晶、瑪瑙、電子芯片等主要成分都是SiO2。()(5)用粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)。()(6)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價(jià)鍵結(jié)合。()(7)玻璃屬于硅酸鹽制品，通常性質(zhì)穩(wěn)定。()(8)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土。()(9)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行。()(10)玻璃和水泥生產(chǎn)中都發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化。()(11)金剛砂和金剛石結(jié)構(gòu)類(lèi)似，互為同素異形體。()(12)富勒烯和石墨烯完全燃燒的產(chǎn)物都是二氧化碳。()(13)新型無(wú)機(jī)非金屬材料主要包括高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等。()(14)高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。()(15)天和核心艙”電推進(jìn)系統(tǒng)中的腔體采用氮化硼陶瓷屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料。()(限時(shí)30分鐘)一、選擇題1．芯片的核心是硅板，其成分是()A．SiO2B．SiC．H2SiO3D．Na2SiO32．下列物質(zhì)中屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是()A．石墨烯B．不銹鋼C．普通玻璃D．鋁合金3．反應(yīng)SiO2+2CSi+2CO↑中，氧化劑是()A．CB．SiO2C．SiD．CO4．下列關(guān)于硅酸鹽材料的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．生活中常見(jiàn)的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅C．陶瓷的主要原料是黏土D．硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料5．下列材料中不屬于硅酸鹽材料的是()A．做窗戶(hù)的普通玻璃 B．澆灌房頂?shù)乃郈．鋪地板的陶瓷瓷磚 D．傳輸信號(hào)的光導(dǎo)纖維6．《天工開(kāi)物》第七卷《陶埏(陶瓷)》中記載“水火既濟(jì)而土合……后世方土效靈，人工表異，陶成雅器，有素肌、玉骨之象焉”，以上所述的“陶成雅器”的主要原料是()A．黏土B．純堿、石灰石、石英砂C．黏土、石灰石D．二氧化硅、硅酸鈣、硅酸鋁7．下列物質(zhì)中屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是()A．碳化硅B．陶瓷C．鋁合金D．普通玻璃8．下列有關(guān)SiO2的說(shuō)法正確的是()A．SiO2屬于酸性氧化物B．工業(yè)上用焦炭還原石英砂制得高純硅C．SiO2可用來(lái)制作華為麒麟芯片D．可以在石英坩堝中熔融碳酸鈉9．硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列說(shuō)法正確的是()A．水晶項(xiàng)鏈?zhǔn)枪杷猁}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(shù)品D．水泥、玻璃、陶瓷屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料10．陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色，來(lái)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?zé)Y(jié)而成C．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)11．據(jù)報(bào)道我國(guó)科學(xué)家近年來(lái)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(fù)合而成的。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．它耐高溫抗氧化B．它比鋼鐵輕、硬，但質(zhì)地較脆C．它沒(méi)有固定的熔點(diǎn)D．它是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料12．高純硅是現(xiàn)代信息等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線(xiàn)，其中一種工藝流程示意圖如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．硅元素位于周期表中第二周期，第IVA族B．電弧爐中的反應(yīng)為SiO2+CSi+CO2↑C．該工藝流程中被循環(huán)利用的物質(zhì)有HCl和H2D．制備所得的高純硅是傳統(tǒng)的硅酸鹽材料13．關(guān)于反應(yīng)4CO2+SiH44CO+2H2O+SiO2，下列說(shuō)法正確的是()A．CO是氧化產(chǎn)物B．SiH4發(fā)生還原反應(yīng)C．氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶4D．生成1molSiO2時(shí)，轉(zhuǎn)移8mol電子14．下列有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法正確的是()A．在粗硅的制取中發(fā)生反應(yīng)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(yīng)先使SiO2與NaOH溶液反應(yīng)，然后通入CO2D．由Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CO2↑＋Na2SiO3可知，H2SiO3的酸性大于H2CO3二、非選擇題15．硅是無(wú)機(jī)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(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________，工藝師常用_____________(填物質(zhì)名稱(chēng))來(lái)雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡過(guò)的棉花不易燃燒，說(shuō)明Na2SiO3可用作____________。Na2SiO3可通過(guò)SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時(shí)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(yīng)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是________(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是________。16．材料與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，目前使用的材料主要有：金屬材料、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等。(1)硅酸鹽材料是重要的傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，也是日常生活、交通工具、建筑行業(yè)等不可缺少的材料之一、下列不屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品