5.3無機(jī)非金屬材料（原卷版）-2023-2024學(xué)年高一化學(xué)學(xué)與練（人教版2019）

第三節(jié)無機(jī)非金屬材料第1課時(shí)無機(jī)非金屬材料1．了解硅酸鹽及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品(陶瓷、玻璃、水泥)的工業(yè)生產(chǎn)(原料、設(shè)備等)。2．了解硅和二氧化硅的性質(zhì)，認(rèn)識(shí)碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機(jī)非金屬材料。3．能從材料組成的角度對(duì)無機(jī)非金屬材料進(jìn)行分類。一、硅酸鹽材料1．無機(jī)非金屬材料從組成上看，許多無機(jī)非金屬材料多含_________等元素，具有_________、_________、_________等特點(diǎn)，以及特殊的_________、_________等性能。2．硅酸鹽及其結(jié)構(gòu)(1)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了____________結(jié)構(gòu)，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角，許多這樣的四面體通過頂角的O相互連接，即每個(gè)Si結(jié)合_____個(gè)O，每個(gè)O結(jié)合_____個(gè)Si。(2)硅酸鹽的特性硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度_______、_______溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。(3)最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗稱_________，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，可用作_________和_________。硅酸鈉溶液與CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________。3．常見的硅酸鹽材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：____________，輔助原料：適量的石膏設(shè)備陶瓷窯主要成分含水的鋁硅酸鹽硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程二、新型無機(jī)非金屬材料1．硅和二氧化硅(1)硅硅位于元素周期表第______周期、第______族，正好處于金屬與非金屬的過渡位置，其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的_________材料。硅在自然界主要以_________(如地殼中的大多數(shù)礦物)和_________（如水晶、瑪瑙）的形式存在。(2)高純硅的制備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(高純硅)①②③其中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為①____________________________________；②____________________________________；③____________________________________。(3)硅和二氧化硅的用途①高純硅廣泛用于_____________和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。利用其半導(dǎo)體性能可以制造____________和____________等。②SiO2用于生產(chǎn)____________。2．新型陶瓷(1)組成：不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系。(2)特性和功能：在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。(3)常見的類型：____________陶瓷、_________陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷。3．碳納米材料碳納米材料在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的前景，主要包括_________、_________、_________等。?問題一硅酸鹽材料【典例1】“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽【變式練11】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。下列說法錯(cuò)誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵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)【變式練12】下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述不正確的是()A．水玻璃是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕B．在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料C．木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒D．水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)?問題二硅及其化合物【典例2】下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是()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【歸納小結(jié)】二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)(1)穩(wěn)定性：不與水、酸（除HF外）反應(yīng)；(2)酸性氧化物：①CaO反應(yīng)：CaO+SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3②與NaOH溶液反應(yīng)：③特性：與氫氟酸反應(yīng)：【變式練21】下列關(guān)于二氧化硅的敘述不正確的是()①光導(dǎo)纖維主要成分是SiO2，故SiO2可以導(dǎo)電②能跟強(qiáng)堿反應(yīng)，但不能與水反應(yīng)③SiO2的熔、沸點(diǎn)較低④既不是酸性氧化物，又不是堿性氧化物A．②和③ B．①③和④C．②和④ D．只有④【變式練22】硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列說法正確的是()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)無機(jī)非金屬材料?問題三新型無機(jī)非金屬材料【典例3】氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300℃條件下反應(yīng)制得。根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途不可能是()A．制汽輪機(jī)葉片 B．制有色玻璃C．制永久性模具 D．制造軸承【變式練31】下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中不正確的是()A．黏土的主要成分是含水的鋁硅酸鹽，是陶瓷的主要原料，陶瓷可用于生產(chǎn)絕緣材料、衛(wèi)生潔具等B．普通硅酸鹽水泥的主要原料是石膏，水泥大量用于建筑和水利工程C．金剛砂硬度大可作砂輪的磨料，具有良好的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫半導(dǎo)體材料D．石墨烯具有電阻率低、熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可用于生產(chǎn)動(dòng)力電池和超輕海綿【變式練32】平昌冬奧會(huì)“北京8分鐘”主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)用石墨烯制作了在－20℃能發(fā)熱4h的智能服飾；用鋁合金管材和碳纖維制作了高2.35m、重量僅為10kg的熊貓木偶，向世界展現(xiàn)了新時(shí)代的中國形象。下列說法不正確的是()A．石墨烯是能導(dǎo)熱的金屬材料B．鋁合金是密度較小的金屬材料C．碳纖維是無機(jī)非金屬材料D．新型材料種類多、用途廣【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．據(jù)報(bào)道我國科學(xué)家最近研制出一種新型“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。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A．它耐高溫、抗氧化B．它比鋼鐵輕，但質(zhì)地較脆C．它沒有固定熔點(diǎn)D．它是一種新型無機(jī)非金屬材料2．《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無砂粘土而為之”，“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3．硅是帶來人類文明的重要元素之一，科學(xué)家也提出硅是“21世紀(jì)的能源”。這主要是由于硅及其化合物對(duì)社會(huì)發(fā)展所起的巨大促進(jìn)作用。下列關(guān)于硅及其化合物的說法中錯(cuò)誤的是()A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導(dǎo)纖維，光導(dǎo)纖維遇強(qiáng)堿會(huì)“斷路”C．陶瓷、玻璃、水泥容器均不能貯存氫氟酸D．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽4．SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)(如圖)。下列說法正確的是()A．圖中所有反應(yīng)都不屬于氧化還原反應(yīng)B．硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常用于制造光導(dǎo)纖維C．可用鹽酸除去石英(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高5．下列有關(guān)硅的說法不正確的是()A．硅是人類將太陽能轉(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)6．下列關(guān)于二氧化硅的敘述正確的是()A．硅原子和碳原子最外層電子數(shù)相同，二氧化硅和二氧化碳分子結(jié)構(gòu)也相同B．二氧化硅能與氫氧化鈉溶液和氫氟酸反應(yīng)，所以二氧化硅是兩性氧化物C．二氧化硅中硅元素為＋4價(jià)，二氧化硅具有氧化性D．在二氧化硅中，每個(gè)硅原子結(jié)合2個(gè)氧原子7．下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是()A．硅在自然界中以游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式存在B．硅晶體是良好的半導(dǎo)體，可用于制造光導(dǎo)纖維C．木材浸過水玻璃后，不易著火D．SiO2是酸性氧化物，不與任何酸發(fā)生反應(yīng)8．下列關(guān)于硅酸及其鹽的敘述不正確的是()A．硅酸是一種弱酸，可由其酸性氧化物SiO2與水化合而制得B．硅酸鹽是構(gòu)成地殼中巖石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸鹽C．硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，具有黏合性D．SO2通入Na2SiO3溶液中產(chǎn)生膠狀沉淀，說明酸性H2SO3＞H2SiO39．世博會(huì)中國館——“東方之冠”由鋼筋混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。(1)生產(chǎn)硅酸鹽產(chǎn)品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是__________。制備普通玻璃的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________________________。由方程式________(填“能”或“不能”)判斷出酸性H2SiO3＞H2CO3。(2)作場館建筑材料黏合劑和防火劑的硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽。①硅酸鈉在空氣中易與二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式：_________________________________。由此得出酸性：H2SiO3______(填“＞”或“＜”)H2CO3。②硅酸鈉和鹽酸反應(yīng)的離子方程式：________________________________________。(3)博物館陳列著大量明清磚瓦和精美瓷器(婺州窯)，婺州窯瓷器胎體的原料為高嶺土[AlnSi2O5(OH)4]。下列說法正確的是________(填字母)。A．古代的陶瓷、磚瓦都是硅酸鹽產(chǎn)品B．高嶺土為含水的鋁硅酸鹽C．n＝3D．我國在新石器時(shí)代已能燒制陶器10．硅是無機(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_______________________，工藝師常用_____________(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作____________。Na2SiO3可通過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________。【能力提升】1．由粗SiO2制備純SiO2的流程如圖所示，下列說法不正確的是()eq\x(粗SiO2)eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液),\s\do5(Ⅰ))eq\x(X)eq\o(→,\s\up7(稀硫酸),\s\do5(Ⅱ))eq\x(Y)eq\o(→,\s\up7(灼燒),\s\do5(Ⅲ))eq\x(SiO2)A．SiO2可用于制造光導(dǎo)纖維B．步驟Ⅱ的反應(yīng)是Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4C．步驟Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代D．若在實(shí)驗(yàn)室中完成步驟Ⅲ，一般在蒸發(fā)皿中進(jìn)行2．Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關(guān)性質(zhì)的說法不正確的是()A．可發(fā)生反應(yīng)：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能與SO2反應(yīng)生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiO23．證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是()A．加入過量的鹽酸，觀察是否有氣泡冒出B．加入過量的燒堿溶液，觀察是否有固體溶解C．加熱至高溫，觀察是否有氣泡冒出，是否有硅酸鈣生成D．先加過量的鹽酸攪拌，觀察是否有不溶物剩余及氣泡出現(xiàn)；若有不溶物則濾出，投入氫氧化鈉溶液中看其是否溶解4．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖裝置探究焦炭還原二氧化硅。已知：PdCl2溶液可用于檢驗(yàn)CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO＋PdCl2＋H2O=CO2＋2HCl＋Pd↓(產(chǎn)生黑色金屬鈀粉末，使溶液變渾濁)。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)要通入足夠長時(shí)間的N2，其原因是_____________________________________。(2)裝置B的作用是_______________________________________________。(3)裝置C、D中所盛試劑分別為______________、____________，若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經(jīng)檢測(cè)兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。(4)該裝置的缺點(diǎn)是_______________________________________。(5)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明碳酸的酸性比硅酸的強(qiáng)：_____________________________________________________。5．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還