第5讲无机非金属材料（学生版）-2023-2024学年高一化学辅导（人教版2019）

第5讲无机非金属材料【内容导航】1．硅酸盐材料2．新型无机非金属材料3．硅及其化合物一、硅酸盐材料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，以及特殊的光学、电学等性能。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，Si在中心，O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______、_____溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。(3)硅酸盐氧化物形式的改写①氧化物的排列顺序：________金属氧化物→________金属氧化物→二氧化硅→水，氧化物之间以“·”隔开。②各元素原子总个数比值符合原来的________，若出现分数时应化为________。3．硅酸盐材料(1)陶瓷①主要原料：________。②应用：生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。(2)玻璃①原料：________、________和石英砂(主要成分是________)。②主要成分：________________________________。③应用：用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维。(3)水泥①原料：黏土、________为主要原料，________调节硬化速率。②应用：制造混凝土——水泥、沙子、碎石和水的化合物。【课堂探究】世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋混凝土、7000多块铝板和1200多块玻璃等建成。(1)生产硅酸盐产品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是__________。制备普通玻璃的主要反应方程式为____________________________________________________。(2)硅酸盐通常可以用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)：________________，钠长石(NaAlSi3O8)：________________。(3)博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土[AlnSi2O5(OH)4]。下列说法正确的是________(填字母)。A．古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B．高岭土为含水的铝硅酸盐C．n＝3D．我国在新石器时代已能烧制陶器【即学即练1】下列关于硅酸盐材料的说法错误的是()A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、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．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料【即学即练2】陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【即学即练3】宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是()A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸二、新型无机非金属材料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_____位(2)高纯硅的制备eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(焦炭),\s\do5(1800～2000℃))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(HCl),\s\do5(300℃))eq\x(SiHCl3)eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))eq\x(高纯硅)①②③其中涉及的主要化学反应为①________________________________②________________________________③________________________________(3)硅和二氧化硅的用途①高纯硅广泛用于________技术和新能源技术等领域。②SiO2用于生产_____________。2．新型陶瓷(1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。(2)特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。(3)常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。3．碳纳米材料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—制碳纳米材料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生产复合材料、电池和传感器等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【即学即练1】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【即学即练2】根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是()A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，它用于制造陶瓷发动机的受热面D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差【即学即练3】下列说法错误的是()A．硅是良好的半导体材料，可以用来生产芯片和硅太阳能电池等B．生产光导纤维的原料是二氧化硅C．金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体D．富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳【即学即练4】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三、硅及其化合物1．单质硅(1)硅的结构与物理性质晶体硅是________色、有________光泽、硬而脆的固体，其结构类似于________，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的________材料。(2)硅的化学性质①常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。________________________________________________________________________________________________________________________②加热时能与氧气、氯气、碳等反应。______________________________________________________________________________2．二氧化硅(1)SiO2的结构二氧化硅晶体由__________形成的具有__________结构的晶体。(2)SiO2的性质①酸性氧化物（与NaOH溶液反应）：________________________________________。②高温下，Na2CO3与SiO2反应制玻璃：________________________________________、________________________________________。③与氢氟酸反应(特殊)：________________________________________。3．硅酸和硅酸盐(1)硅酸硅酸是_____溶于水的_____酸，酸性比碳酸弱：________________________________________。(2)硅酸盐的组成硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2、长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。硅酸钠的水溶液俗称________。【交流讨论】(1)在实验室盛放碱溶液时，试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因是SiO2是_______氧化物，能与强碱溶液反应，SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为___________________________。(2)生产磨砂玻璃时可以用氢氟酸溶蚀玻璃，是因为氢氟酸溶液可与SiO2反应，其化学方程式为：______________________________。(3)有同学由此得出来SiO2是两性氧化物，你认为这个观点对吗？【即学即练1】下列有关硅的说法不正确的是()A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B．硅的导电性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反应D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应【即学即练2】下列关于二氧化硅的叙述正确的是()A．光导纤维主要成分是SiO2，故SiO2可以导电B．能跟强碱反应，但不能与水反应C．SiO2的熔、沸点较低D．既不是酸性氧化物，又不是碱性氧化物【即学即练3】用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作____________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________(填字母)。A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚第5讲无机非金属材料课堂检测姓名：__________1．据报道我国科学家最近研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是()A．它耐高温、抗氧化B．它比钢铁轻，但质地较脆C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料2．下列试剂中，能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是()A．氢氟酸B．氢氧化钠溶液C．盐酸 D．水玻璃3．下列说法不正确的是()A．新型无机非金属材料主要包括高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等B．新型无机非金属材料具有特殊的结构和性能C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损等优点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4．下列反应不能一步完成的是()A．SiO2→Na2SiO3 B．SiO2→H2SiO3C．Na2SiO3→H2SiO3 D．H2SiO3→SiO25．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是()A．钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石Mg2SiO4表示为MgO·SiO2C．正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·3SiO2D．高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·SiO2·2H2O6．除去二氧化硅中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：①加水溶解②加水煮沸③过滤④加稀盐酸⑤加稀硫酸，正确的操作顺序是()A．①③B．④③C．⑤③D．②③7．单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题：eq\x(X)eq\o(→,\s\up7(Mg),\s\do5(加热))eq\x(Mg2Z)eq\o(→,\s\up7(盐酸))eq\x(Y)eq\o(→,\s\up7(加热))eq\x(Z)(1)能与X发生化学反应的酸是________；由X制备Mg2Z的化学方程式为_______________________。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为_____________________________________________，Y分子的电子式为______________。第5讲无机非金属材料同步练习A组基础巩固1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐2．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3．下列关于硅酸及其盐的叙述不正确的是()A．硅酸是一种弱酸，可由其酸性氧化物SiO2与水化合而制得B．硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸盐C．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，具有黏合性D．高岭石的化学式为Al2Si2O5(OH)4，可以表示为Al2O3·2SiO2·2H2O4．下列有关硅及其化合物的叙述错误的是()A．SO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性H2SO3>H2SiO3B．可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液C．HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记D．石英砂可用于生产单晶硅5．下列说法不正确的是()A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4D．石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能6．关于下列反应的叙述正确的是()A．由SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑可推知硅的非金属性比碳强B．由CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强C．由Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金属性比硅强D．H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强7．常温下，下列各组物质不发生反应的是()①硅与NaOH溶液②硅与盐酸③硅与氢氟酸④二氧化硅与碳酸钠⑤二氧化硅与NaOH溶液⑥二氧化硅与浓硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥ D．②④⑥8．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是()A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解9．硅在无机非金属材料中，扮演着主要角色，请利用相关知识回答下列问题：(1)硅有非常重要的用途，请写出其中的一种：_________________。(2)古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是________。A．x等于6B．性质稳定，不易脱色C．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2D．易溶解于强酸和强碱(3)工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如下：①在电弧炉中发生的反应需要在高温条件下进行，写出该反应的化学方程式：_______________________________________。②SiCl4极易水解，在空气中生成烟尘和白雾，写出其水解的化学方程式为________________________。③在流化床反应的产物中，除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，有关物质的沸点数据如下表，分离SiCl4和其他杂质的方法为_______________。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.910．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式：___________________________________。(2)一种工业用硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1410℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的主要工艺流程如图：①净化N2和H2时，铜屑的作用是____________________，硅胶的作用是___________________。②X可能是________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。B组综合强化1．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是()A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理、化学变化C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料2．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备：下列说法正确的是()A．步骤①的化学方程式为SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋CO2↑B．步骤①、②、③中每生成或反应1molSi，转移4mol电子C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D．SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl33．近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是()A．Si24是一种新型化合物B．Si24是硅的一种同素异形体C．Si24易与稀硫酸反应生成氢气D．硅太阳能电池供电原理与原电池相同4．某实验小组设计了如下装置探究焦炭还原二氧化硅。已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O=CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是________________________________。(2)装置B的作用是______________________