第5講無機(jī)非金屬材料（學(xué)生版）-2023-2024學(xué)年高一化學(xué)輔導(dǎo)（人教版2019）

第5講無機(jī)非金屬材料【內(nèi)容導(dǎo)航】1．硅酸鹽材料2．新型無機(jī)非金屬材料3．硅及其化合物一、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)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)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)成了硅氧________結(jié)構(gòu)，Si在中心，O在四面體的4個頂角，每個Si結(jié)合____個O，每個O結(jié)合______個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)硅酸鹽氧化物形式的改寫①氧化物的排列順序：________金屬氧化物→________金屬氧化物→二氧化硅→水，氧化物之間以“·”隔開。②各元素原子總個數(shù)比值符合原來的________，若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為________。3．硅酸鹽材料(1)陶瓷①主要原料：________。②應(yīng)用：生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等。(2)玻璃①原料：________、________和石英砂(主要成分是________)。②主要成分：________________________________。③應(yīng)用：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。(3)水泥①原料：黏土、________為主要原料，________調(diào)節(jié)硬化速率。②應(yīng)用：制造混凝土——水泥、沙子、碎石和水的化合物?！菊n堂探究】世博會中國館——“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)方程式為____________________________________________________。(2)硅酸鹽通?？梢杂枚趸韬徒饘傺趸锏慕M合形式表示其組成，例如：硅酸鈉(Na2SiO3)：Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)：________________，鈉長石(NaAlSi3O8)：________________。(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【即學(xué)即練1】下列關(guān)于硅酸鹽材料的說法錯誤的是()A．生活中常見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【即學(xué)即練2】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)【即學(xué)即練3】宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是()A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料C．高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸二、新型無機(jī)非金屬材料1．硅和二氧化硅(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_____位(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________技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。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：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷。3．碳納米材料概念性能用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C60—制碳納米材料碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個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)度在光電器件、超級電容器、電池、復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究在不斷深入【即學(xué)即練1】碳納米管是繼足球烯(C60)以后發(fā)現(xiàn)的又一種碳單質(zhì)，以下有關(guān)碳納米管與足球烯(C60)的說法錯誤的是()A．它們的物理性質(zhì)有較大差異B．在常溫下它們的化學(xué)性質(zhì)都穩(wěn)定C．它們是不同的碳單質(zhì)D．它們分別完全燃燒后生成物不同【即學(xué)即練2】根據(jù)不同部位工作條件的不同，航天飛機(jī)使用了多種防熱材料。例如，機(jī)身和機(jī)翼下表面使用高溫陶瓷瓦。下列對新型陶瓷材料的有關(guān)敘述中，錯誤的是()A．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料，可以作為高級耐火材料B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料，它是生物陶瓷C．氮化硅陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料，它用于制造陶瓷發(fā)動機(jī)的受熱面D．新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但是強(qiáng)度比較差【即學(xué)即練3】下列說法錯誤的是()A．硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以用來生產(chǎn)芯片和硅太陽能電池等B．生產(chǎn)光導(dǎo)纖維的原料是二氧化硅C．金剛砂和金剛石結(jié)構(gòu)類似，互為同素異形體D．富勒烯和石墨烯完全燃燒的產(chǎn)物都是二氧化碳【即學(xué)即練4】下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中不正確的是()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．新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，具有極大強(qiáng)度C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)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三、硅及其化合物1．單質(zhì)硅(1)硅的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)晶體硅是________色、有________光澤、硬而脆的固體，其結(jié)構(gòu)類似于________，熔沸點(diǎn)很高、硬度大，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的________材料。(2)硅的化學(xué)性質(zhì)①常溫下能與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿等反應(yīng)。________________________________________________________________________________________________________________________②加熱時(shí)能與氧氣、氯氣、碳等反應(yīng)。______________________________________________________________________________2．二氧化硅(1)SiO2的結(jié)構(gòu)二氧化硅晶體由__________形成的具有__________結(jié)構(gòu)的晶體。(2)SiO2的性質(zhì)①酸性氧化物（與NaOH溶液反應(yīng)）：________________________________________。②高溫下，Na2CO3與SiO2反應(yīng)制玻璃：________________________________________、________________________________________。③與氫氟酸反應(yīng)(特殊)：________________________________________。3．硅酸和硅酸鹽(1)硅酸硅酸是_____溶于水的_____酸，酸性比碳酸弱：________________________________________。(2)硅酸鹽的組成硅酸鹽種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成各異，常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成，例如：硅酸鈉(Na2SiO3)：Na2O·SiO2、長石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。硅酸鈉的水溶液俗稱________?！窘涣饔懻摗?1)在實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液時(shí)，試劑瓶不能用玻璃塞而用橡膠塞的原因是SiO2是_______氧化物，能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，SiO2與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。(2)生產(chǎn)磨砂玻璃時(shí)可以用氫氟酸溶蝕玻璃，是因?yàn)闅浞崛芤嚎膳cSiO2反應(yīng)，其化學(xué)方程式為：______________________________。(3)有同學(xué)由此得出來SiO2是兩性氧化物，你認(rèn)為這個觀點(diǎn)對嗎？【即學(xué)即練1】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)【即學(xué)即練2】下列關(guān)于二氧化硅的敘述正確的是()A．光導(dǎo)纖維主要成分是SiO2，故SiO2可以導(dǎo)電B．能跟強(qiáng)堿反應(yīng)，但不能與水反應(yīng)C．SiO2的熔、沸點(diǎn)較低D．既不是酸性氧化物，又不是堿性氧化物【即學(xué)即練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．鐵坩堝第5講無機(jī)非金屬材料課堂檢測姓名：__________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．下列試劑中，能用帶玻璃塞的試劑瓶貯存的是()A．氫氟酸B．氫氧化鈉溶液C．鹽酸 D．水玻璃3．下列說法不正確的是()A．新型無機(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B．新型無機(jī)非金屬材料具有特殊的結(jié)構(gòu)和性能C．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)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．下列反應(yīng)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鹽的組成，其中正確的是()A．鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示為CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石Mg2SiO4表示為MgO·SiO2C．正長石KAlSi3O8表示為K2O·Al2O3·3SiO2D．高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4表示為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過濾④加稀鹽酸⑤加稀硫酸，正確的操作順序是()A．①③B．④③C．⑤③D．②③7．單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料，可由X通過如下圖所示的路線制備。其中X為Z的氧化物；Y為氫化物，分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似?；卮鹣铝袉栴}：eq\x(X)eq\o(→,\s\up7(Mg),\s\do5(加熱))eq\x(Mg2Z)eq\o(→,\s\up7(鹽酸))eq\x(Y)eq\o(→,\s\up7(加熱))eq\x(Z)(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是________；由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為_______________________。(2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)方程式為_____________________________________________，Y分子的電子式為______________。第5講無機(jī)非金屬材料同步練習(xí)A組基礎(chǔ)鞏固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C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽2．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)3．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．高嶺石的化學(xué)式為Al2Si2O5(OH)4，可以表示為Al2O3·2SiO2·2H2O4．下列有關(guān)硅及其化合物的敘述錯誤的是()A．SO2通入Na2SiO3溶液產(chǎn)生膠狀沉淀，證明酸性H2SO3>H2SiO3B．可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液C．HF能與SiO2反應(yīng)，可用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記D．石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅5．下列說法不正確的是()A．SiO2能與HF反應(yīng)，因此可用HF刻蝕玻璃B．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠C．氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，化學(xué)式為Si3N4D．石英是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能6．關(guān)于下列反應(yīng)的敘述正確的是()A．由SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑可推知硅的非金屬性比碳強(qiáng)B．由CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)C．由Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金屬性比硅強(qiáng)D．H2CO3比H2SiO3受熱易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)7．常溫下，下列各組物質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)的是()①硅與NaOH溶液②硅與鹽酸③硅與氫氟酸④二氧化硅與碳酸鈉⑤二氧化硅與NaOH溶液⑥二氧化硅與濃硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥ D．②④⑥8．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9．硅在無機(jī)非金屬材料中，扮演著主要角色，請利用相關(guān)知識回答下列問題：(1)硅有非常重要的用途，請寫出其中的一種：_________________。(2)古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價(jià))，下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是________。A．x等于6B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色C．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2D．易溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿(3)工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖如下：①在電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)需要在高溫條件下進(jìn)行，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________________________。②SiCl4極易水解，在空氣中生成煙塵和白霧，寫出其水解的化學(xué)方程式為________________________。③在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，除SiCl4外，還有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，分離SiCl4和其他雜質(zhì)的方法為_______________。物質(zhì)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點(diǎn)/℃235557.631.88.2－30.4－84.9－111.910．硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的保護(hù)下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________________。(2)一種工業(yè)用硅(含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物)，已知硅的熔點(diǎn)是1410℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的主要工藝流程如圖：①凈化N2和H2時(shí)，銅屑的作用是____________________，硅膠的作用是___________________。②X可能是________(填“鹽酸”“硝酸”“硫酸”或“氫氟酸”)。B組綜合強(qiáng)化1．《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2．高純度單晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場“革命”。這種材料可以按下列方法制備：下列說法正確的是()A．步驟①的化學(xué)方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑B．步驟①、②、③中每生成或反應(yīng)1molSi，轉(zhuǎn)移4mol電子C．二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，而硅不能與氫氟酸反應(yīng)D．SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)67.6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl33．近年來美國研究人員合成了光伏電池新型硅材料——Si24。下列相關(guān)說法正確的是()A．Si24是一種新型化合物B．Si24是硅的一種同素異形體C．Si24易與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣D．硅太陽能電池供電原理與原電池相同4．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下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______________________