第四章元素与材料世界.doc

第四章元素与材料世界视点解读材料是指经过某种加工（包括开采和运输），具有一定组分、结构和性能，并且适于一定用途的物质，它们是人类生活和生产活动的重要物质基础。人类对材料的认识和应用经历了一个漫长的探索、发展过程，而对材料的取得和使用是与社会生产力和科技发展水平紧密相连的。一个国家材料的品种、质量和产量，是直接衡量这个国家的科技和经济发展水平和重要标志之一。反过来，材料对发展经济、改善与提高人类文明的程度又起到巨大的促进作用。本章教材引领学生走进元素化合物的应用世界，从自然界中的元素走进材料世界中的元素，将学生的视野拓展开来。例如“铝金属材料”这一节中，在金属材料在人类社会生产、生活中广泛应用的大视野上，介绍铝及其重要化合物的有关知识；从最常见的铝合金到不锈钢，到金、银和铜的应用，再到“21世纪的金属”钛；从生活中的应用到高科技领域中的应用，从历史上的应用到当今社会中的应用，体现了金属材料应用的广泛性。这样多角度、多层面、大视野的介绍，会使学生深层次体会化学的重要性。材料的性能取决于材料的化学组成和结构，因此教材从元素出发，通过了解元素及其重要化合物的性质来分析材料的性能。当然，物质与材料之间还有着相当大的差距，教材设计一些“化学与技术”的内容，旨在帮助学生体会这种差别，了解材料的开发、应用和化学科学之间的关系。走进高考1考纲解读了解常见非金属及其化合物的主要性质及其应用；了解水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途。了解常见金属及其重要化合物的主要性质及其应用；了解合金的概念及其重要应用；了解金属与合金在性能上的主要差异，了解生活中常见合金的组成。了解生活中常见材料的化学成分及其性能，评价材料的应用对人类生活质量和环境质量的影响。2命题趋势硅和二氧化硅的性质及其应用；硅酸盐制品（如玻璃、水泥和陶瓷）的化学组成及用途。铝的物理和化学性质；铜的物理和化学性质；合金的性质及应用。常见材料如传统无机非金属材料和新型无机非金属材料在生产和生活中的应用；复合材料的性能及其应用。根据铝和铜的性质对金属的性质进行对比总结，了解铝的两性。与铝和硅有关的化学计算。3应试对策（1）要使学生注重知识与生活经验的结合，使学生认识到化学对社会进步的巨大作用，从认识身边的材料出发，了解化学与技术、社会的初步知识。（2）运用实验、对比、分类的方法研究铝及其化合物的性质，研究硅和二氧化硅的性质及应用，通过对比，使学生系统地掌握金属和非金属的典型性质。（3）对于材料的有关知识，要求学生做到关注身边的事物，能从实例出发说明这些材料的用途及其性质，了解性质决定用途的一般知识。（4）铝及其化合物中的有关实验，一直是高考的热点和重点，所以要求学生掌握其原理，加强对比与记忆，多思考其中的问题。如在制备Al(OH)3的实验中，应使用哪种试剂？用NaOH好还是NH3H2O好？为什么？教学建议1要注意创造性地应用教材中的栏目。例如对于“活动探究”栏目，要通过主动探究来获得认识，培养学生的方法和技能。对于“交流研讨”和“迁移应用”栏目，要展开广泛的讨论和交流，紧密结合生产、生活的实际来进行。2要充分利用对比的学习方法。如在学习硅单质时，要与前面学习过的碳、硫、氮、氧、氯等进行联系和对比，学习铝和铜的性质时与前面学习的钠、镁、铁进行对比。通过对比，使学生明确这些物质性质上的异同，强化记忆。3注意本章知识与已有经验的联系。在学习有关材料的知识时，要将各种材料具有的性能及其用途与生产、生活的实际相联系，同时注意使学生理解一些材料的化学组成与其性能的关系，加深对元素化合物知识的理解。第1节硅无机非金属材料课标解读课标要求学习目标1让学生了解硅及二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。2让学生了解硅在半导体工业，二氧化硅在现代通讯业，传统的硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料在生产生活中的重要应用。3使学生体会组成材料的物质的性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发他们学习化学的热情。1了解硅和二氧化硅的物理性质和用途。2了解硅和二氧化硅的重要化学性质。3了解传统硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料在生产、生活中的重要应用。教学策略1以硅、二氧化硅和硅酸盐为核心，认识非金属元素及其化合物在无机非金属材料方面的应用。2在进行单质硅性质的教学时，要利用好“交流研讨”，让学生在回顾学习过的非金属单质性质的基础上，借助“方法导引”预测硅可能具有的化学性质。通过硅的性质的学习，让学生明确硅除了具有非金属单质的共性外，还有一些自己的特性；知道硅是化学性质稳定的半导体，这一性质是其作为半导体材料的一个重要原因，从而突出物质性质与材料应用之间的关系。并要引导学生思考：单质硅来源何处？半导体工业对硅的纯度有什么要求？如何利用硅的性质进行粗硅的提纯？3在进行二氧化硅性质的教学时，要引导学生回忆学习元素化合物知识的方法，对物质进行分类，并根据非金属氧化物和酸性氧化物的通性推测二氧化硅的化学性质。在引导学生认识二氧化硅一般性质的同时，也要引导他们认识二氧化硅的一些特性，如易被氢氟酸刻蚀等。可以进行补充实验加深学生对二氧化硅与氢氟酸反应的印象。4引导学生总结硅及二氧化硅的性质，如它们在常温下能与哪些物质反应，生成什么物质，在高温下或加热时能与哪些物质反应，各生成什么物质等。并让学生思考有关反应应用的问题，如为什么磨口玻璃塞的试剂瓶不能用来盛装碱溶液，我们用的量筒等仪器的刻度是怎样刻上去的等。5在进行硅酸盐材料的教学时，可以通过观看玻璃和水泥生产过程的录像来进行。通过观看录像，使学生了解生产玻璃和水泥的原料、反应原理以及玻璃和水泥等传统硅酸盐产品工业在生产、生活中的重要应用。还可以通过讨论的形式，列举常用或常见的硅酸盐材料，让学生说出用途。6对于新型无机非金属材料的教学，可以通过让学生阅读教材、查阅相关资料和利用网络等相结合的形式来进行。通过学习，使学生能列举一些新型无机非金属材料在生产和生活中的应用实例，体会物质的性质与材料性能间的关系，关注材料的发展对社会生活产生的重大影响，从而增进他们对化学学科的感情。自主梳理一、半导体材料与硅硅的物理性质：单质硅有晶体硅和无定型硅两种，晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种应用广泛的半导体材料。硅的化学性质：常温下单质硅的化学性质很不活泼，仅与氟气、氢氟酸、强碱溶液发生反应。Si2F2SiF4；Si4HFSiF42H2；Si2NaOHH2ONa2SiO32H2加热或高温条件下，硅可以与某些非金属单质发生反应。Si2Cl2=SiCl4；SiO2=SiO2（加热时研细的硅可以在氧气中燃烧）；硅的存在和制备：存在：自然界中没有游离态的硅，常见的化合态硅有二氧化硅和硅酸盐等。制备：工业上，硅是用焦炭在电炉中还原二氧化硅的方法来制备的。SiO22C=Si2CO提纯：Si2Cl2=SiCl4； SiCl42H2=Si4HCl高温高温硅硅的用途：集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池；硅合金：4%合金变压器铁芯15%合金耐酸设备二、二氧化硅与光导纤维俗名：硅石存在：广泛存在于自然界中，是构成地壳和岩石的重要成分。沙子和石英的主要成分就是二氧化硅，水晶是透明的石英。玛瑙的主要成分也是二氧化硅。化学性质（酸性氧化物）常温下，能与强碱和氢氟酸发生反应：SiO22NaOHNa2SiO3H2O（反应缓慢）；SiO24HFSiF42H2O高温时，二氧化硅能与碱性氧化物发生反应SiO2CaO=CaSiO3高温用途：石英手表中的压电材料（石英振荡器）光导纤维的主要原料二氧化硅三、硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐材料（传统无机非金属材料）产品性能特点：性质稳定，熔点较高，难溶于水原料：以含硅物质为原料，如黏土、石英、长石等玻璃原料：纯碱、石灰石、石英（石英用量较多）设备：玻璃熔炉反应：发生复杂的物理化学变化SiO2CaCO3=CaSiO3CO2SiO2Na2CO3=Na2SiO3CO2成分：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅性能特点：属于混合物，没有固定熔点，在一定温度范围内逐渐软化，在软化状态时可以做成任意形状。高温高温水泥原料：黏土和石灰石主要成分：硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、铝酸三钙（3CaOAl2O3）等性能特点：水硬性（与水掺和后很快凝固变硬）用途：建筑材料（混凝土、钢筋混凝土等）新型无机非金属材料高温结构陶瓷：包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷（金刚砂）、氧化铝陶瓷等，特点是耐高温、强度高、硬度大生物陶瓷：有氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等，特点是具有较高的生物功能，与人体不发生排异反应，不引起代谢异常压电陶瓷：具有压电效应，可将受到的振动转换为电信号，用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等四、疑难探究1硅是一种金属还是一种非金属？硅虽然外观象金属，具有金属光泽，并且与其它典型非金属相比，它的化学性质也有一些特殊，如一般非金属单质不能与强碱溶液反应产生氢气，硅却能与强碱溶液反应产生氢气，这一点与铝性质相似。但硅更多地表现了非金属的性质，所以通常认为它是一种非金属元素。2二氧化硅是酸性氧化物还是碱性氧化物？二氧化硅能与氢氧化钠溶液缓慢反应生成硅酸钠和水，这一性质显示了二氧化硅具有酸性氧化物的性质，但二氧化硅也能与氢氟酸发生反应生成四氟化硅和水，由此有人认为二氧化硅是碱性氧化物，或者总起来说二氧化硅是两性氧化物，这种说法是否正确？我们认为二氧化硅与氢氟酸的反应不能证明二氧化硅是碱性氧化物，原因是氢氟酸不是一般的酸，它是一种特殊的酸，而二氧化硅并不能与盐酸、硫酸等一般酸反应生成盐和水，所以二氧化硅不是碱性氧化物，更不是两性氧化物，它在有关反应中突出表现了酸性氧化物的性质，所以我们认为二氧化硅是一种酸性氧化物。3氢氧化钠溶液能否用玻璃瓶盛装？玻璃的主要成分中含有二氧化硅，而氢氧化钠溶液能与二氧化硅反应生成硅酸钠和水，据此有人认为氢氧化钠溶液不能用玻璃瓶盛装。事实上，玻璃瓶内壁是光滑的，而氢氧化钠与二氧化硅的反应是很缓慢的，光滑的玻璃瓶内壁与氢氧化钠溶液的接触面积小，反应更加缓慢，并且玻璃中的二氧化硅与氢氧化钠反应生成的硅酸钠在玻璃表面形成一层保护层，防止了内部的二氧化硅继续与氢氧化钠反应，所以一般情况下氢氧化钠等碱性溶液可以用玻璃瓶盛装。但要注意，盛装氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用磨口玻璃塞，因为磨口玻璃塞及瓶口的内壁经过打磨加工后十分粗糙，发生反应时比光滑的表面快，生成的硅酸钠溶液又名水玻璃，是一种矿物胶，能使瓶口和瓶塞相互粘连而无法打开。激思探究探究一硅有哪些性质及应用？1半导体材料半导体材料是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。半导体材料的内部结构一般都是晶体结构，因此半导体制成的元件如二极管、三极管等也称为晶体管，它是半导体电子技术发展的基础。最早使用的半导体材料是锗（Ge），到上世纪60年代，硅成为主要的半导体材料，这是因为硅的储量丰富并且性能良好。进入70年代，一些化合物如砷化镓等也开始被用作半导体材料。2硅的性质（1）硅的物理性质单质硅有晶体硅和无定型硅两种，晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，熔点很高（1410），单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种应用广泛的半导体材料。（2）硅的化学性质硅原子与碳原子一样，最外层都是4个电子，因此，在化学反应中既难失去电子也难得到电子，容易与其它原子形成共价键，难以形成离子键。常温下硅的化学性质不活泼，仅与氟气、氢氟酸、强碱溶液发生反应。Si2F2SiF4Si4HFSiF42H2Si2NaOHH2ONa2SiO32H2加热或高温条件下，硅可以与某些非金属单质发生反应，如加热时研细的硅可以在氧气中燃烧。Si2Cl2=SiCl4SiO2=SiO2在高温下，硅还能与Al、Fe等金属形成合金，与某些金属氧化物发生反应。Si2FeO=SiO22Fe高温总之，硅的化学性质不活泼，在上述反应中，硅的化合价都升高，表现了硅的还原性。在以上反应中，值得注意的是硅和氢氧化钠的反应是分两步进行的：Si3H2OH2SiO32H2（置换反应，其中水是氧化剂）H2SiO32NaOHNa2SiO3H2O（复分解反应，也属于中和反应）在该反应中，氢氧化钠的作用有两个：作催化剂，使Si和H2O的反应加快；中和H2SiO3生成硅酸盐。3单质硅的制备自然界中没有游离态的硅，常见的化合态硅有二氧化硅和硅酸盐等。工业上，硅是用焦炭在电炉中还原二氧化硅的方法来制备的，这样制得的硅是粗硅，其中含有很多杂质。SiO22C=Si2CO获得的粗硅常用下列方法进行提纯：粗硅在高温下与氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅常温下呈液体状态，可以使用反复蒸馏的方法进行提纯和分离，得到纯净的四氯化硅，然后用氢气将四氯化硅还原后即可得到纯净的硅单质，其纯度可达9个9以上，可以满足电子工业的要求。Si2Cl2=SiCl4；SiCl42H2=Si4HCl高温高温4硅的用途集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池；硅合金：4%合金变压器铁芯15%合金耐酸设备探究二二氧化硅有哪些性质和重要用途？1存在及物理性质存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，是构成地壳和岩石的重要成分。沙子和石英的主要成分就是二氧化硅，水晶是透明的石英，玛瑙的主要成分也是二氧化硅，硅藻土是一种无定形二氧化硅。物理性质：纯净的二氧化硅晶体是无色固体，熔点很高，硬度大，不溶于水。2化学性质二氧化硅晶体是H2SiO3和H4SiO4的酸酐，具有酸性氧化物的通性。二氧化硅性质不活泼，常温下可与氢氟酸、氢氧化钠溶液发生反应。SiO22NaOHNa2SiO3H2O（反应缓慢）；SiO24HFSiF42H2O因玻璃的主要成分中含有二氧化硅，因此，氢氟酸不能保存有玻璃瓶中，应贮存在铅制容器或塑料瓶中；盛有氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用磨口玻璃塞，应使用橡胶塞，以防止发生粘连。高温时，二氧化硅可以发生反应：SiO2CaO=CaSiO3高温在该反应中，二氧化硅也体现了酸性氧化物的性质。3二氧化硅的用途二氧化硅可以用于制造电子部件，如石英振荡器，还可用于制造光学仪器。石英玻璃具有较好的耐高温性能，常用于制造各种化学仪器；石英玻璃还具有较好的光学性能，所以可用于制造各种光学透镜。另外，石英玻璃常用于制造现代通讯使用的光导纤维。无定型二氧化硅硅藻土具有疏松多孔的特点，常用作保温材料、催化剂的载体及吸附剂等。光导纤维用于通讯，与普通电缆相比，具有容量大、原料来源广，节约有色金属、质量轻、不易被腐蚀、性能好、保密性好、成本低等优点。探究三什么是无机非金属材料？无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料以及新型无机非金属材料。从化学组成上来看，是指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物、碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要成分的无机材料。这一类材料一般耐高温、硬度高、抗腐蚀，有些材料还具有独特的光电性能、生物功能等。硅酸盐种类很多，多数难溶于水，只有钾、钠盐是可溶的。硅酸钠（Na2SiO3）溶液俗称水玻璃，又叫泡花碱。硅酸盐结构很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。硅酸钠 Na2SiO3 Na2OSiO2高岭石 Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O1传统无机非金属材料硅酸盐材料是传统无机非金属材料。硅酸盐材料制品性质稳定，硬度大，熔点较高，难溶于水。硅酸盐工业的特点是均以含硅物质为原料，反应条件均为高温，反应过程中都发生复杂的物理、化学变化。（1）玻璃原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英（石英用量较多）。设备：玻璃熔炉反应原理：将原料粉碎后在玻璃熔炉中加强热使之熔化，在此过程中发生复杂的物理、化学变化，冷却后即得到普通玻璃。高温SiO2CaCO3=CaSiO3CO2SiO2Na2CO3=Na2SiO3CO2高温主要成分：制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以普通玻璃是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅熔化在一起形成的混合物，其物质的量之比约为114，因此普通玻璃可以表示成Na2OCaO6SiO2的形式。性能特点：硬而脆，没有固定熔点，在一定温度范围内逐渐软化，在软化状态时可以做成任意形状。常见玻璃种类特性用途普通玻璃在较低温度下就能软化窗玻璃、玻璃器皿等石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、能透过紫外线化学实验仪器；高压汞灯、紫外线灯的外壳；光学仪器的透镜等光学玻璃透光性能好，具有折光性和色散性眼镜镜片；照相机、显微镜、望远镜使用的凹凸透镜等光学仪器玻璃纤维耐酸碱腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声太空航天员的宇航服、玻璃钢等钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度高、破碎后不易形成尖锐棱角运动器材；微波通讯器材；汽车、火车的车窗玻璃等还应该注意的是玻璃纤维、钢化玻璃的成分与普通玻璃完全相同，只是生产工艺有所不同；石英玻璃几乎是纯的二氧化硅，而光学玻璃是熔有PbO2的玻璃。（2）水泥原料：生产水泥主要原料是粘土、石灰石、石膏等。主要设备：水泥回转窑生产原理：将粉碎后的原料按比例投入水泥回转窑中，在高温下使之部分熔化，发生复杂的物理、化学变化后冷却、粉碎，再加入少量石膏以调节水泥的硬化速度（降低水泥的硬化速度），这样就制得了普通硅酸盐水泥。普通水泥的主要成份：硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）和铝酸三钙（3CaOAl2O3）。性质：水硬性，即水泥与水拌和后开始发生复杂的变化而凝固，最后变成硬度很大的固体。用途：水泥是重要的建筑材料。水泥砂浆（水泥、沙子、水的混合物）用于粘结砖石，混凝土（水泥、沙子、石子和水的混合物）和钢筋混凝土强度大，常用于建造高楼大厦、桥梁等。2新型无机非金属材料新型无机非金属材料的特性：强度高，耐高温；具有电学特性：绝缘体、半导体、导体等；具有光学特性：发光、透光（可见光、红外光、射线）；具有生物功能。（1）高温结构陶瓷氧化铝陶瓷又称人造刚玉，具有熔点高、硬度大的特点，常用作耐火材料、研磨材料、高压钠灯灯管等，同时，它也是一种生物陶瓷材料，可用于制造人工骨骼、假牙等。氮化硅陶瓷，是一种性能优良的耐高温材料，具有硬度高、耐磨损、抗腐蚀和自润滑性能，可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。（2）生物陶瓷生物陶瓷是指与生物体或生物化学有关的新型陶瓷，它必须具有良好的生物相容性，植入人体后不发生排异反应。（3）压电陶瓷压电陶瓷是指具有压电效应的陶瓷材料，这种材料可以将受到的振动转换为电信号，如在电子打火的煤气灶中就有一种压电陶瓷材料，它在受到撞击时，可以在陶瓷材料的两端产生几千伏的高压，从而可以产生电火花点燃煤气。范例精讲例11在常温下，下列物质不与晶体硅发生反应的是（）AF2BHFCKOH溶液DCl2解析：本题考查了硅的化学性质及反应条件，属于识记性内容的考查。常温下，硅只与F2、HF、强碱溶液发生反应。答案：D例12下列反应的离子方程式不正确的是（）A大理石与醋酸反应CaCO32CH3COOHCa22CH3COOCO2H2OB饱和碳酸钠溶液中通入足量二氧化碳CO32CO2H2O2HCO3C碳酸氢钠溶液中加入过量石灰水HCO3Ca2OHCaCO3H2OD硅与烧碱溶液反应Si2OHH2OSiO322H2解析：醋酸盐中除了醋酸铅是弱电解质外，其它一般都是易溶于水的强电解质，所以A项正确；B项中由于碳酸钠溶液饱和，反应中又消耗水，而NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度要小得多，因此反应生成的NaHCO3主要以晶体形式析出，应以化学式表示；C项中按NaHCO3不足，1个HCO3消耗1个OH后生成1个CO32，CO32与Ca2结合生成CaCO3沉淀；D项中硅与氢氧化钠溶液反应生成的硅酸钠易溶于水，是强电解质，所以写离子形式。答案：B例21下列溶液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氢氟酸溶液C氢氧化钠溶液D氯化钠溶液解析：玻璃的成分中含有二氧化硅，而二氧化硅可与强碱溶液反应，生成的硅酸钠等硅酸盐具有粘性，能够使瓶口和瓶塞粘连，所以氢氧化钠溶液和硅酸钠溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能使用磨口玻璃塞，应使用橡胶塞；氢氟酸可与玻璃中的二氧化硅反应生成气体，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，应用塑料瓶盛装。答案：AC例22下列坩埚中，可用作熔化KOH固体的容器的是（）A铁坩埚B瓷坩埚C石英坩埚D石墨坩埚解析：瓷坩埚中含有二氧化硅，石英的主要成分是二氧化硅，高温下可与氢氧化钾固体发生反应。答案：AD例31下列溶液中加入氯化钡溶液生成白色沉淀，再加入稀硝酸振荡，白色沉淀不消失的是（）ANa2SiO3BNa2CO3CNa2SO3DNa3PO4解析：BaCO3和Ba3(PO4)2沉淀均为白色沉淀，二者均溶于硝酸中；BaSiO3溶于硝酸后又生成H2SiO3白色沉淀；BaSO3沉淀被硝酸氧化生成BaSO4沉淀。答案：AC例32下列说法中不正确的是（）A制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石B普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体物质是晶体C等物质的量的SiO2和CaCO3在高温下煅烧，残留物质为一纯净物D石英玻璃能经受温度剧变且能抵抗酸碱的腐蚀解析：制造水泥的原料是石灰石和粘土，制造玻璃的原料主要是石灰石、纯碱、石英，二者都用到石灰石；玻璃是混合物，不具有晶体结构，属于玻璃态物质；等物质的量的SiO2和CaCO3在高温下煅烧时产生CaSiO3和CO2，残留物CaSiO3是一种硅酸盐，属于纯净物；石英玻璃常用于制造化学仪器，原因是它膨胀系数小，并且能耐受少量酸碱的腐蚀，但它的主要成分是二氧化硅，能与氢氧化钠等强碱发生反应。答案：BD例33氮化硅是一种高温陶瓷材料，它熔点高、硬度大、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应制得。（1）根据性质，推测氮化硅的用途是：_（填序号）A制汽轮机叶片B制有色玻璃C制永久性模具D制造柴油机（2）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其它无机酸反应，试写出它与氢氟酸反应的化学方程式：_（3）四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为：_解析：制汽轮机叶片应是利用到氮化硅陶瓷熔点高、硬度大的特点；制永久性模具主要利用它硬度高、耐磨损的特点；制柴油机主要利用它熔点高、硬度大、化学性质稳定的特点。氮化硅的化学式应含氮的非金属性强于硅来判断化合价为3价，硅应为4价，故化学式应为Si3N4，根据题意应能写出化学方程式。答案：（1）ACD（2）Si3N412HF3SiF44NH3（3）3SiCl42N26H2=Si3N412HCl高温实验探究例1向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳气体，可以观察到溶液中产生_，由此可知硅酸的酸性比碳酸_，该反应的化学方程式是_。将该物质滤出，置于_中加强热，发生反应的化学方程式是_。解析：硅酸的酸性比碳酸弱，所以硅酸钠溶液中通入二氧化碳时应能产生硅酸的沉淀（常见酸中只有硅酸难溶于水），固体物质加强热时，应使用坩埚。答案：白色沉淀；弱；Na2SiO32H2O2CO2H2SiO32NaHCO3；坩埚；H2SiO3=SiO2H2O例2在半导体工业中，有一道工序叫烧氢。烧氢的工艺流程如图所示。工作时，是将石英管D出口处氢气点燃，半导体硅片、焊片和金属零件从石英管口跑送入加热区，在氢气还原气氛中加热使焊片熔化，将单晶硅与金属零件焊接在一起。焊接后再将零件拉至冷却区，冷却后取出。烧氢工艺中的氢气纯度要求极高，工业氢气虽含量达到99.9%，但仍含有极微量的水蒸气和氧气，所以点燃氢气前应检验氢气的纯度。试回答下列问题：（1）装置B的作用是_；B中发生反应的化学方程式是_，_。（2）装置C中的物质是_；C的作用是_。（3）点燃氢气前将E（带导管胶塞）接在D出口处，目的是_。（4）装置A是安全瓶，可以防止氢气燃烧回火引起爆炸，其中填充大量纯铜屑的作用是_。CuOH2=CuH2O2CuO2=2CuO解析：本题考查了学生对装置的观察和理解能力。答案：（1）除去O2； （2）无水氯化钙或碱石灰；吸收水蒸气（3）检验H2的纯度（4）大量的铜屑可以吸收热量，降低温度思维激活例1下列关于硅的说法不正确的是（）A硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D当加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应解析：硅是非金属元素，许多性质和碳相似，化学性质不活泼。常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热条件下，硅能与氧气，氯气起反应。答案：C例2二氧化硅是酸性氧化物是因为（）A硅是非金属B它是非金属氧化物C二氧化硅能跟氢氧化钠反应生成盐和水D它的对应水化物是弱酸，能溶于水解析：酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水而不能与酸反应生成盐和水的氧化物。非金属氧化物不一定是酸性氧化物，如CO、NO等；酸性氧化物对应的水化物是含氧酸，具有酸性，但硅酸难溶于水，故D选项错误。答案：C例3传统无机非金属材料不具有的特点是（）A不易被氧化B耐高温C易成型D是电的良导体解析：传统无机非金属材料即硅酸盐材料，主要包括水泥、玻璃、陶瓷等产品，它们具有不易被氧化、耐高温、易成型等特点，但它们一般都是电的绝缘体。答案：D创新应用例11在自然界里，硅存在于地壳的各种矿物和岩石中的形式是（）A晶体硅B二氧化硅C硅酸D硅酸盐解析：本题考查学生对基础知识的记忆情况。在自然界中没有游离态的硅存在，化合态的硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于自然界中，是构成地壳和岩石的重要成分。答案：BD自我感悟：_例21下列说法正确的是（）A二氧化硅能与氢氟酸反应，所以它是碱性氧化物B二氧化硅能与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，所以它是酸性氧化物C硅单质具有金属光泽，它是一种金属D氢氟酸溶液能与玻璃反应，所以它不能保存在玻璃瓶中解析：氢氟酸是一种特殊的酸，尽管二氧化硅能与氢氟酸反应，但它不能与一般强酸如盐酸和硫酸等发生反应，所以它不是碱性氧化物；硅单质虽然具有金属光泽，但它的主要性质并不类似于金属，而更多地显示了非金属单质的性质，所以通常认为它是一种非金属。答案：BD自我感悟：_例31下列关于硅酸盐工业的说法中不正确的是（）A以含硅物质为原料B反应中均发生复杂的物理、化学变化C产品是纯净物D反应条件都是高温解析：硅酸盐工业的特点依据玻璃和水泥制造过程来看有这样的特点：均以含硅物质为原料，反应条件均是高温，反应过程中均发生复杂的物理、化学变化。水泥和玻璃均是混合物，不是纯净物。答案：C自我感悟：_深化提高达标成功体验1常温下不能与单质硅反应的试剂是（）A浓硝酸 B氢氟酸 C氢氧化钾溶液 D氟气解析：常温下，硅只与F2、HF、强碱溶液发生反应。答案：A2下列物质在一定条件下能与二氧化硅发生化学反应的是（）浓硝酸 水 王水 氢氟酸 氢氧化钾溶液 氧化钙ABCD解析：常温下二氧化硅和氢氟酸、强碱溶液能够发生化学反应；高温条件下，二氧化硅作为一种酸性氧化物，能够与氧化钙发生反应生成硅酸钙。答案：C3有关材料的用途不正确的是（）A高温结构陶瓷可以制作耐酸设备 B氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备C氮化硅陶瓷可以制造轴承 D光导纤维可用于传能传像、照明等解析：高温结构陶瓷通常也具有较强的抗腐蚀能力，如氮化硅陶瓷，所以它也可用于制造耐酸设备；氧化铝陶瓷具有很高的熔点，所以它可用于制作耐高温设备。答案：B4玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（）A烧碱 B纯碱 C氢氟酸 D盐酸解析：烧碱虽能与玻璃中的二氧化硅在常温下反应，但反应很缓慢，所以不用于雕刻玻璃；一般使用氢氟酸雕刻玻璃，它与二氧化硅反应迅速，产生四氟化硅气体。答案：C5硅酸铜钡是当今用最新科学技术才能合成的一种物质。然而现在发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟是硅酸铜钡。下列关于硅酸铜钡的说法错误的是（）A易溶于水 B难溶于水 C属于硅酸盐 D属于复盐解析：由硅酸铜钡在秦代兵马俑上发现可推测该物质应难溶于水，由其名称可知，它是一种硅酸盐，是一种复盐（由两种以上阳离子或阴离子构成的盐）。答案：A6下列变化属于氧化还原反应的是（）A石灰石煅烧生成CO2和CaO B纯碱、石灰石、石英共熔制玻璃C二氧化硅与氢氧化钠溶液反应 D过氧化钠吸收CO2放出氧气解析：氧化还原反应的特征是发生化合价的变化。A、B、C项中的反应没有化合价的变化，所以不属于氧化还原反应；D项中Na2O2中氧的化合价是1价，O2的化合价是0价。答案：D7下列反应不能一步完成的是（）ASiO2Si BH2SiO3SiO2CSiO2Na2SiO3 DSiO2H2SiO3解析：SiO2与C高温下反应可制得Si；H2SiO3加热分解可制得SiO2；SiO2与NaOH反应可制得Na2SiO3；SiO2不溶于水，也不与水发生反应，所以无法一步制得H2SiO3。8关于SiO2和CO2的叙述中，正确的是（）A两者都是酸性氧化物，故都不跟一切酸反应B两者都是共价化合物CSiO2比CO2的相对分子质量大，故SiO2的熔点、沸点比CO2高D两者都能与水反应生成对应的酸解析：二氧化硅可以与氢氟酸反应，故A错；SiO2的熔点、沸点比CO2高是由SiO2和CO2的晶体结构决定的，与SiO2的相对分子质量无关，故C错；SiO2不溶于水，也不能与水发生反应生成H2SiO3。答案：B9SiO2属_性氧化物，它_直接跟水化合成对应的酸，但它是_酸的酸酐。实验室里盛放碱液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞，而常用橡皮塞是因为（用化学方程式表示）_；玻璃瓶也不能盛装氢氟酸，是因为（用化学方程式表示）_。答案：酸；不能；硅；SiO22NaOHNa2SiO3H2O；SiO24HFSiF42H2O10我国古代炼丹中经常使用到红丹，俗称铅丹。在一定条件下铅丹（用X表示）与硝酸能发生如下反应：X4HNO3PbO22Pb(NO3)22H2O。（1）铅丹的化学式是_，此铅丹中铅的化合价是_。（2）由此反应可推测PbO是_性氧化物。PbO2是_性氧化物解析：由反应知，硝酸在反应中不作氧化剂，故由X生成PbO2和Pb(NO3)2的反应过程中没有发生化合价的变化，Pb(NO3)2和PbO2中Pb的化合价分别是2价和4价，所以铅丹中铅的化合价也是2价和4价。分析反应可知，PbO可与HNO3生成硝酸盐，而PbO2不能与硝酸反应生成硝酸盐，所以可以推测PbO是碱性氧化物，而PbO2是酸性氧化物。答案：Pb3O4；2和4；碱；酸11如下图，已知：高温反应高温反应点燃反应室温反应氧化物A氧化物C单质B单质D单质E单质G单质H化合物F化合物I单质E可作为半导体材料；化合物F是不能生成盐的氧化物；化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应。据此，请填空：（1）化合物F是_；（2）化合物I是_；（3）反应的化学方程式是_；（4）反应的化学方程式是_。解析：本题考查元素及其化合物的性质，属常规“方框图”题型。在全面系统掌握元素及其化合物性质的基础上，要善于抓住某些元素的特殊性质作为“切入点”，找到解题的突破口。比如，本题一开始就指出单质E和化合物F分别是半导体材料和不形成盐的氧化物，因而它们的首选答案可考虑各为Si和CO，于是，反应的化学方程式应为：SiO22CSi2CO，氧化物A是SiO2，它除了跟氢氟酸反应以外不跟任何酸起反应，由此判断化合物I应为HF。需作进一步检验，此时要对所有参与反应的各种物质加以考虑。现试写出其余三个反应的化学方程式如下：反应为：CH2OCOH2，反应为：2H2O22H2O，反应为：2F22H2O4HFO2，经逐个物质核对，均符合题意。显然，本题的“切入点”，可以认为是Si和CO，而HF和F2则是本题的重点和难点之所在。2H2O2=2H2O点燃答案：（1）CO(一氧化碳)（2）HF(氟化氢)（3）（4）2F22H2O4HFO212将5g含有SiO2的石灰石与267mL0.5mol/L的盐酸反应，所得CO2在标准状况下的体积为1064mL。（1）中和剩余的盐酸，需1mol/LNaOH溶液多少mL？（2）煅烧1t这种不纯的石灰石，最后残留物质的质量为多少t？解析：CO2的物质的量为0.0475molCaCO32HClCaCl2H2OCO2 100g 2mol 1mol 4.75g 0.095mol 0.0475mol（1）设中和剩余盐酸所需1mol/LNaOH溶液的体积为V(NaOH)，则1mol/LV(NaOH)0.5mol/L0.267L0.095molV(NaOH)0.0385L38.5mL（2）煅烧这种不纯石灰石时，发生反应：CaCO3SiO2CaSiO3CO2；CaCO3CaOCO2故煅烧这种不纯石灰石时，只有CO2逸出。由关系式CaCO3CO21tx = 0.418t煅烧1t这种不纯的石灰石，最后残留物质的质量为1t0.418t0.582t答案：（1）38.5mL（2）0.582t拓展综合创新1下列试剂的存放方法，正确的是（）A氢氧化钠、纯碱以及水玻璃要存放在带磨砂玻璃塞的试剂瓶中B氢氟酸盛放在棕色试剂瓶C液溴盛放在棕色细口瓶中D氯水盛放在棕色细口瓶中解析：氢氧化钠、纯碱显碱性，能与玻璃中的二氧化硅反应生成硅酸盐，导致瓶口粘连；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛装；液溴易挥发、能腐蚀橡胶，可盛装在用玻璃塞的试剂瓶中，为减少挥发，可加入少量水，置于冷暗处，但不必盛放在棕色试剂瓶中（便于观察瓶中液溴的液面高低）；氯水见光易分解，故应盛放在棕色试剂瓶中。答案：D2在3CSiO22COSiC的反应中，还原剂与氧化剂的物质的量之比是（）A31 B13 C12 D21解析：在该反应中，C元素的化合价发生变化，其中作还原剂的C（生成CO）和作氧化剂的C（生成SiC）的物质的量之比为21。答案：D3下列有关材料的说法不正确的是（）A传统的无机非金属材料虽有不少优点，但质脆，经不起热冲击B新型无机非金属材料虽然克服了传统无机材料的缺点，但强度比较差C高温结构材料具有能受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D新型无机非金属材料特性之一具有电学特性解析：新型无机非金属材料多数具有强度高的特点，如高温结构陶瓷材料；有些新型无机非金属材料具有电学性能或生物功能。答案：B4下列反应中，是熔炼玻璃的主要反应的是（）ANa2CO3CO2H2O2NaHCO3 BSiO2CaOCaSiO3CSiO2Na2CO3Na2SiO3CO2DNa2CO3H2SO4Na2SO4CO2H2O解析：熔炼玻璃时，SiO2与CaCO3和Na2CO3在高温下发生反应。答案：C5镁橄榄石Mg2SiO4可以用下列哪一种氧化物形式表示（）AMgOSiO2 B2MgOSiO2 CMgO2SiO2 DMgO3SiO2解析：由元素守恒可知Mg2SiO4可写成2MgOSiO2的形式。答案：B6只用一种试剂就能将Na2SiO3、Na2CO3、MgCl2、Ba(HCO3)2四种无色溶液区别开来，这种试剂是（）A氢氧化钠溶液 B澄清石灰水 C2 mol / L 盐酸 D2 mol / L 硫酸解析：A中氢氧化钠溶液不能与Na2SiO3、Na2CO3反应，与MgCl2、Ba(HCO3)2反应时均有白色沉淀产生；B中澄清石灰水与Na2CO3、MgCl2、Ba(HCO3)2反应时均有白色沉淀产生；C中盐酸与Na2CO3、Ba(HCO3)2反应时均产生无色气体；D中硫酸与Na2SiO3反应产生白色沉淀，与Na2CO3产生无色气体，与MgCl2无明显现象，与Ba(HCO3)2产生无色气体同时产生白色沉淀。答案：D7碳化硼（B4C）陶瓷硬度大，熔点高，具有化学惰性。据此判断，下列不能作为碳化硼陶瓷用途的是（）A作耐磨材料 B作润滑材料 C制切削工具 D制钢化玻璃解析：作润滑材料通常是一些质软的物质（如石墨）具有的用途，钢化玻璃是将普通玻璃进行钢化处理（急冷处理）得到的。答案：BD8下列工业生产中，可以用石灰石作为一种原料的是（）制石灰 制漂白粉 制水泥 制普通玻璃 石膏矿制石膏A全部 B除以外 C除之外 D除以外解析：此题属于识记类题目，考查学生对知识的记忆能力。制漂白粉时要用到Cl2和Ca(OH)2，而Ca(OH)