无机非金属材料(7).doc

让更多的孩子得到更好的教育 第42讲 硅、无机非金属材料 一、要点精讲 1、硅及其重要化合物 （1）硅元素的含量与存在 在地壳里，硅的含量在所有元素中居第 位，仅次于 ，全部以 态形式存在，是构成矿物和岩石的主要元素。 （2）硅晶体的结构与主要物理性质 晶体，具有 体的空间网状结构； 色，有金属光泽；硬度 ，熔沸点 ，但都低于金刚石，是良好的半导体材料。 （3）硅的化学性质 在常温下化学性质稳定，只能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应 Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2↑该反应的氧化剂是H2O，还原剂是Si （4）高纯硅的制法 高温 工业上，用碳在高温下还原二氧化硅制得含有少量杂质的粗硅，反应的化学方程式为 2C SiO2 （制粗硅） △ △ Si2Cl2 （提纯） △ SiCl4H2 （还原） 2、二氧化硅 （1）硅晶体的结构与主要物理性质 晶体的结构晶体二氧化硅是硅原子和氧原子以 键形成的 状的 晶体，因此二氧化硅硬度 ，熔点 ， 导电， 溶于水。 （2）二氧化硅的化学性质 二氧化硅中的硅处于硅元素的最高价4，反应中只能降低，得电子表现弱氧化性（与焦炭、镁等反应）和酸性氧化物的通性，它是H2SiO3和H4SiO4的酸酐，能与碱性氧化物反应，如SiO2 CaO CaSiO3 ；能与强碱反应，如SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O，所以盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，只能用橡皮塞；能与氢氟酸剧烈反应SiO2 4HF SiF4↑ 2H2O，故氢氟酸应保存在塑料瓶中。 3、硅酸及硅酸盐的性质 ①原硅酸和硅酸均不溶于水，其酸性比碳酸弱（注意不能用水和二氧化硅直接反应制H2SiO3 ）。原硅酸（H4SiO4）很不稳定，在空气中易失水生成硅酸，其反应式为H4SiO4H2SiO3 H2O。硅酸加热后会发生分解生成SiO2和H2O。 ②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，置于空气中会变持，其反应的化学方程式为 Na2SiO3 CO2 2H2O H4SiO4↓Na2CO3 （酸性比碳酸弱）。 4、 硅和二氧化硅及硅酸的特殊性 ①硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。 ②非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有氢气生成。 ③非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应生成氢气。 ④虽然二氧化硅是硅酸的酸酐，但却不能用它与水直接反应制备硅酸，而只能用可溶性的硅酸盐与酸作用来制备。 ⑤酸性氧化物一般不与酸反应（除氧化还原反应外），而二氧化硅却能与氢氟酸反应。 ⑥非金属氧化物一般是分子晶体，而二氧化硅却是原子晶体。 ⑦无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。 5、硅酸盐工业 （1）水泥 原料 。 生产设备 。 主要成分 。 水泥是一种混合物，它的水硬过程是一个复杂的 过程。 （2）玻璃 原料 。 生产设备 。 反应原理 。 主要成分 。 （3）陶瓷 主要原料 。 主要生产过程 → → → → 。 主要设备 。 主要性质抗氧化，抗酸碱腐蚀，耐高温，绝缘，易成型等。 6、无机非金属材料 （1）分类①传统无机非金属材料水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 ②新型无机非金属材料半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。 （2）新型无机非金属材料的特性 ①耐高温、强度高；②具有电学特性；③具有光学特性；④具有生物功能。 （3）重要的新型无机非金属材料 ①高温结构陶瓷（有氧化铝陶瓷又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。、氮化硅陶瓷具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。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。、碳化硼陶瓷具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等）；高温结构陶瓷的优点能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。 ②光导纤维（光纤）光导纤维的特点传导光的能力非常强，抗干扰性能好，不发生电辐射等。光导纤维的应用通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。 二、典例解析 【例1】下列说法正确的是 A． 二氧化硅溶于水显酸性 B．二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸 C．因为高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸 【例2】随着科技的飞速发展，出现了许多新型无机非金属材料，如植入生物体内的生物陶瓷材料HAP[化学式为CamPO4nOH2] ，已被医疗上用于修补人的骨和牙组织。HAP的化学式中m等于 A． B． C． D．n1 【例3】据报导我国科学家近年来研制出一种新型“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。下列相关叙述不正确的是 A．它耐高温抗氧化 B．它比钢铁轻、硬，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 三、当堂反馈 1．过量的泥沙、纯碱和生石灰共熔后可生成 ①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品 A.①和④ B.②和⑤ C.③ D.② 2．下列各项叙述的解释原因相同的是 ①NaOH溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶保存；②Na2SiO3溶液要密封保存；③酸式滴定管不能装NaOH溶液；④氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中。 A．①② B．①③ C．①④ D．②③ 3．（2002年全国理综，6）以下说法正确的是 A．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料 B．绿色食品是指不含任何化学物质的食品 C．生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气 D．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的 4． 化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程，化学键的键能是形成（或拆开）1mol 化学键时释放（或吸收）的能量。现提供以下化学键的键能（KJmol-1）SiO460、Si Si175、OO498，则反应Si O2 ＝ SiO2的反应热△H为 A.－992 KJmol-1 B.－247 KJmol-1 C.－236 KJmol-1 D.236 KJmol-1 5．根据下图中所表示的变化关系，写出各物质的化学式. A是 ，B是 ，C是 ，D是 ，E是 . 第42讲 硅、无机非金属材料 1． 在搪瓷和陶瓷器具表面的釉质中含有极微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金属盐类，为防止中毒，不能长期盛放下列物质的是 A．食作植物油 B．酱油 C．食醋 D．酒 2．利用光导纤维能够传递光的性质，可以把光信号传到远方，构成光的“有线通信”系统，这就是光纤通信。下列关于制光导纤维的原料及传递光信号的物理原理均正确的是 A．CaCO3 ，光的折射 B．SiO2 ，光的全反应射 C．CaO，光的干涉 D．Na2CO3 ，光的衍射 3．生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2 ，检验它是否存在这两种杂质的最好试剂是 高温 A．水 B．盐酸 C．硫酸 D．烧碱溶液 4．工业上制造金刚砂（SiC）的化学方程式为SiO2 3C SiC 2CO↑。在这个氧化还原反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比是 A．12 B．21 C．11 D．35 5．为了延长食品的保质期，防止食品受潮及富脂食品氧化变质，在包装袋中应该放入的化学物质是 A．硅胶、硫酸亚铁 B．食盐、硫酸亚铁 C．生石灰、食盐 D．无水硫酸铜、蔗糖 6．现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是 ①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2 ③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu OH2 ⑤Ca3PO42→CaH2PO42 A．①② B．③④ C．②③④ D．②③④⑤ 7．下列过程中，不发生化学变化的是 A．石墨变成金刚石 B．原硅酸变成硅酸 C．干冰变成二氧化碳气体 D．用石英坩埚熔化烧碱 8．和空气接触可发生非氧化还原反应的物质组合是①石灰水；②SnCl2溶液；③水玻璃；④Na2S溶液；⑤固体火碱；⑥Na2O2 A．①③⑤ B．②④⑥ C．①⑤⑥ D．①③⑤⑥ 9．向下列溶液中滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸，沉淀溶解的是 A．Na2SiO3 B．BaCl2 C．FeCl3 D．NaAlO2 10．工业上由粗硅制取纯硅有以下反应300℃ ① Si s 3HCl g SiHCl3 g H2 g ；△H-381kJ/mol 950℃ ② SiHCl3 g H2 g Si s 3HCl g ，对上述反应的说法中正确的是 A．均为置换反应和氧化还原反应 B．反应①、②实际上互为可逆反应 C．由于反应①放热，则反应②一定吸热 D．提高SiHCl3产率，应采用加压和升温的办法 11．新型无机非金属材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C）、氮化硅（Si3N4）等称为非氧化 物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进行，在合成工艺中必须注意 A．通入充足的氧气 B．避免与氧气接触 C．可在氮的气氛中合成 D．通入少量氧气 12．（1）将下列硅酸盐改写成氧化物的形式（改写时注意金属氧化物在前，非金属氧化物在后，低价在前，高价在后，H2O一般写在最后）。 ① 镁橄榄石（Mg2SiO4）____________；②高岭石[Al2Si2O5OH4]_____________。 （2）许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写成氧化物形式，请继续改写下列物质 HNO3___________；HCOOH__________。通过以上改写可知，HNO3的酸酐为______，HCOOH与浓H2SO4反应可制_________气体。 （3）已知在一定条件下，铁在氯气中燃烧可以生成Fe3Cl8 ，它可以看作是________（化学式）。生成该物质的条件可能是_______________________。 13．把河沙（主要成分是SiO2）跟镁粉按一定质量比（质量比约大于1524）混合均匀，装入试管中加热约1分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物。待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的气态氢化物。 （1） 写出河沙与镁粉在加热条件下的发生反应的化学方程式_________________________，该反应是__________反应（填“放热”或“吸热”）。 （2） 生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是（填化学式）____________。 （3） 写出产生爆炸声时发生反应的化学方程式________________________。 14．如下图所示的物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。据图填写 （1） B的化学式是_________，目前B已被用作___________的主要原料。 （2） B和a溶液反应的离子方程式是_____________________________。 （3） A和a溶液反应的化学方程式是_____________________________。 （4） C和过量盐酸反应的离子方程式是____________________________。 B A D D C F a溶液 a溶液 △ 过量盐酸 15．本题中所有的气体体积均指标准状况下的体积。A、B为两种单质，常温下均是固体。在元素周期表中，A、B两元素同周期且原子半径AB。分别取三份质量为 1.52 g的A、B的混合物（粉末）进行如下实验 Ⅰ．向第一份试样中加入过量的盐酸，充分反应后放出0.896 L气体，还余0.56 g残渣；Ⅱ．向第二份试样中加入过量的10 的NaOH溶液，充分反应后放出0.896 L气体，还余 0.96 g残渣； Ⅲ．将第三份试样隔绝空气加强热后，恰好生成一种固体，冷却后再加入足量的盐酸，该固体全部溶解，产生x L气体。 （1） 单质A是_________。 （2）混合物中的B的质量分数为__________。 （3）写出实验Ⅲ中有关反应的化学方程式并计算x的值。 第42讲 典例解析 【例1】SiO2不溶于水也不与水反应，A项错误；C项中反应进行的原因是因为SiO2沸点高，利用不挥发性酸酐能把挥发性酸酐从它的盐中制取。而比较硅酸与碳酸的酸性强弱应看它们在溶液中发生的复分解反应的规律较强酸制取弱酸，事实是Na2SiO3 CO2 H2O H2SiO3↓ Na2CO3 ，则B项正确，C项错误；一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但也有特殊的，例SiO2能与氢氟酸反应，则D项错误。故选B。 【例2】据化合价代数和为零可得2m-3n-20 ，从而求出m 。本题答案选A。 【例3】B 当堂反馈1．B 2．B 3．D 4．A 5．Si、Na2SiO3、H4SiO4、H2SiO3、SiO2 课后练习1．C 2．B 3．B 4．A 5．A 6．B 7．C 8．A 9．D 10．AC 11．BC 12．（1）①2MgOSiO2 ②Al2O32SiO22H2O 2N2O5H2O COH2O N2O5 CO 3FeCl22FeCl3 氯气的量不足（或铁过量） △ 13．（1）SiO2 4Mg 2MgO Mg2Si 放热 （2）SiH4 （3）SiH4 2O2 SiO22H2O 14．（1）SiO2 光导纤维 （2）SiO2 2OH- SiO32- H2O （3）Si 2Na2SiO3 H2O Na2SiO3 2H2↑ （4）SiO32- 2H H2SiO3↓ 15．（1）Mg （2）36.8 △ （3）2Mg Si Mg2Si Mg2Si 4HCl 2MgCl2 SiH4↑ x 0.448 地址北京市西城区新德街20号4层 电话010-82025511 传真010-82079687 第6页 共6页