第十一講硅與無機非金屬材料課

標(biāo)

要

點學(xué)

考

要

求1.三大硅酸鹽材料:陶瓷、玻璃、水泥水平12.硅及其化合物的重要性質(zhì)水平13.工業(yè)制備高純硅的方法水平14.新型無機非金屬材料的性質(zhì)和用途水平1一、硅酸鹽材料

產(chǎn)品主要原料主要設(shè)備主要成分用途陶瓷黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)陶瓷窯硅酸鹽建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、玻璃纖維等水泥黏土、石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸鹽建筑材料、水利工程

水泥生產(chǎn)過程中常加入適量石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率。

典例1(2018年浙江11月學(xué)考)下列說法不正確的是(

)A.電解熔融氯化鎂可制取金屬鎂B.電解飽和食鹽水可制取氯氣C.生產(chǎn)普通玻璃的主要原料為石灰石、純堿和晶體硅D.工業(yè)制硫酸的硫元素主要來源于硫黃或含硫礦石答案

C解析

制取活潑金屬如鈉、鎂、鋁等,工業(yè)上常用電解法冶煉?？捎秒娊馊廴诼然V制取金屬鎂,A正確;電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣,可以制取氯氣,B正確;生產(chǎn)玻璃的主要原料為石灰石、純堿和石英砂,C不正確;工業(yè)上一般以硫黃或其他含硫礦物(如黃鐵礦)為原料制備硫酸,D正確。故選C。典例2下列有關(guān)硅酸鹽材料的說法不正確的是(

)A.普通玻璃的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅B.硅酸鹽中的每個硅原子與2個氧原子結(jié)合形成2個極性共價鍵C.水玻璃可用于建筑行業(yè)的黏合劑和防火劑D.生產(chǎn)玻璃和水泥的過程中均發(fā)生了復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化答案

B解析

普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,A正確;硅酸鹽中的每個硅原子與4個氧原子結(jié)合形成4個極性共價鍵,B不正確;硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃,具有黏結(jié)力強、耐高溫等特性,可用作黏合劑和防火劑,C正確;生產(chǎn)玻璃和水泥時,均在高溫條件下發(fā)生了復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化,D正確。故選B。典例3硅是帶來人類文明的重要元素。下列物質(zhì)的主要成分是硅酸鹽的是(

)A.青花瓷 B.金剛石C.光導(dǎo)纖維

D.大理石答案

A解析

青花瓷主要成分是硅酸鹽,A正確;金剛石主要成分是碳單質(zhì),B不正確;光導(dǎo)纖維主要成分是二氧化硅,C不正確;大理石主要成分是碳酸鈣,D不正確。故選A。二、硅和二氧化硅1.硅(1)存在:硅在自然界主要以硅酸鹽和氧化物(如水晶、瑪瑙)的形式存在。(2)物理性質(zhì):硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,屬于半導(dǎo)體。(3)化學(xué)性質(zhì)①常溫下,硅不活潑。②在加熱或高溫條件下,硅能與O2、Cl2、HCl等物質(zhì)反應(yīng):(4)用途:高純硅廣泛應(yīng)用于制造芯片、硅太陽能電池。(5)高純硅的制備典例4下列關(guān)于碳和硅單質(zhì)的描述中不正確的是(

)A.碳的一種單質(zhì)石墨可以用作導(dǎo)電材料B.碳的單質(zhì)在加熱時與O2反應(yīng)可能生成兩種氧化物C.硅的單質(zhì)在加熱時能與O2、Cl2反應(yīng)D.可從自然界中得到純凈的晶體硅,晶體硅可用作半導(dǎo)體材料答案

D解析

碳有石墨、金剛石、C60等同素異形體,其中石墨常用作導(dǎo)電材料,A項正確。碳與O2反應(yīng)可能生成CO或CO2,B項正確。硅的單質(zhì)在加熱時能與O2、Cl2反應(yīng),C項正確。硅在自然界主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在,不能從自然界得到純凈的晶體硅,工業(yè)上利用氧化還原反應(yīng)制取單質(zhì)硅,D項錯誤。典例5我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的電腦芯片“龍芯一號”的問世,填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關(guān)敘述正確的是(

)A.晶體硅、金剛石都具有較高的熔點和沸點B.晶體硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,所以不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)C.晶體硅是一種良好的半導(dǎo)體材料,但是它的提煉工藝復(fù)雜、成本很高D.晶體硅具有金屬光澤,故它屬于金屬材料,可以導(dǎo)電答案

A解析

晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似,物理性質(zhì)也相似,如熔點、沸點高,硬度大,A正確;硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,但在一定條件下能與O2、Cl2和HCl等物質(zhì)反應(yīng),B不正確;晶體硅是一種應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料,C不正確;晶體硅屬于非金屬,D不正確。故選A。典例6有科學(xué)家認(rèn)為硅是“21世紀(jì)的能源”“未來的石油”,下列有關(guān)硅可能成為新型能源的敘述中不正確的是(

)A.自然界中硅元素含量豐富,主要以游離態(tài)存在B.高純硅廣泛用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域C.硅燃料便于運輸、貯存,從安全角度考慮,硅是優(yōu)質(zhì)燃料D.硅燃燒放出熱量多,燃燒產(chǎn)物對環(huán)境的污染小、易控制答案

A解析

硅在自然界主要以化合態(tài)(硅酸鹽和氧化物)的形式存在,A不正確;硅是一種良好的半導(dǎo)體材料,可用于制造芯片、硅太陽能電池,B正確;常溫下硅是固體,運輸、貯存方便且安全;硅燃燒生成的二氧化硅是固體,對環(huán)境污染小,C、D正確。故選A。2.二氧化硅(1)化學(xué)性質(zhì)①不溶于水,不能與水直接反應(yīng)生成硅酸。②具有酸性氧化物的通性:SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O

SiO2+CaOCaSiO3③與氫氟酸反應(yīng)(特性):SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(2)用途:二氧化硅用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維,石英砂用來生產(chǎn)玻璃。

實驗室盛放堿溶液(如NaOH溶液)的試劑瓶應(yīng)使用橡膠塞,不能用玻璃塞。3.硅酸鈉(1)硅酸鈉易溶于水,水溶液俗稱“水玻璃”,具有黏結(jié)力強、耐高溫等特性,可以用作黏合劑和防火劑。(2)與酸反應(yīng):Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓4.硅酸(1)硅酸是一種弱酸(酸性弱于碳酸),難溶于水。(2)硅酸受熱分解:H2SiO3

SiO2+H2O典例7(2020年浙江1月學(xué)考,改編)下列說法不正確的是(

)A.二氧化硅屬于酸性氧化物,但又能與氫氟酸反應(yīng)B.二氧化硅導(dǎo)電能力很強,可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維C.盛放NaOH溶液的玻璃瓶,不能用玻璃塞D.水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅答案

B解析

二氧化硅屬于酸性氧化物,也能與氫氟酸反應(yīng):SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,A正確;二氧化硅可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維,但它沒有導(dǎo)電性,B不正確;若使用帶玻璃塞的試劑瓶盛放堿液,堿液能與玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉,會導(dǎo)致玻璃塞與瓶口內(nèi)側(cè)發(fā)生粘連而無法打開,C正確;水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅,D正確。故選B。典例8(2019年浙江1月學(xué)考,改編)下列說法不正確的是(

)A.晶體硅和二氧化硅中都含有共價鍵B.冰和干冰熔化時克服的作用力均為分子間作用力C.硫晶體和硫酸鈉晶體內(nèi)均含有離子鍵D.可用硫酸鑒別碳酸鈉、硅酸鈉和硫酸鈉答案

C解析

硅、氧都是非金屬元素,晶體硅中的硅硅鍵是非極性共價鍵,二氧化硅中的硅氧鍵是極性共價鍵,A正確;冰、干冰分子間只存在分子間作用力,B正確;硫晶體內(nèi)只有共價鍵,沒有離子鍵,C不正確;硫酸分別與碳酸鈉、硅酸鈉和硫酸鈉反應(yīng)時的現(xiàn)象不同,可以鑒別。故選C。典例9下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化不能通過一步反應(yīng)完成的是(

)A.SiO2→Si B.CO2→COC.SiO2→H2SiO3 D.Si→SiO2答案

C三、新型陶瓷

碳納米材料1.新型陶瓷碳化硅(SiC)俗稱金剛砂,是一種常見的新型陶瓷。碳化硅具有硬度大、耐高溫、抗氧化等特性,可用作砂紙和砂輪的磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料和耐高溫半導(dǎo)體材料。2.碳納米材料(1)富勒烯:由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱,C60是富勒烯的代表物。(2)碳納米管:由石墨片層卷成的管狀物,具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大、有相當(dāng)高的強度和優(yōu)良的電學(xué)性能,可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。(3)石墨烯:只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨。石墨烯的電阻率低、熱導(dǎo)率高,且有很高的強度。典例10我國已經(jīng)研制出了一種陶瓷柴油機,這種柴油機的發(fā)動機部件的受熱面是用一種耐高溫且不易傳熱的材料來制造的,這種材料是(

)A.普通硅酸鹽陶瓷 B.氮化硅陶瓷C.光導(dǎo)纖維

D.硅鋼答案

B解析

氮化硅陶瓷是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能,可用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等。故選B。典例112018年3月5日,《Nature》連刊兩文報道了中國留美博士曹原等研究人員制得了具有超導(dǎo)特性的雙層石墨烯新材料。下列對石墨烯的敘述不正確的是(

)A.石墨烯性質(zhì)