第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1.知道無(wú)機(jī)非金屬材料,結(jié)合實(shí)例認(rèn)識(shí)無(wú)機(jī)非金屬材料組成、性能與應(yīng)用的聯(lián)系。2.了解新型無(wú)機(jī)非金屬材料的種類和性能。重點(diǎn)1.玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無(wú)機(jī)非金屬材料的主要性能和用途。2.普通玻璃的主要成分。難點(diǎn)硅的制備工藝。目錄新知探究(一)——化硅酸鹽材料新知探究(二)——硅和二氧化硅、硅酸鹽課時(shí)跟蹤檢測(cè)新知探究(三)——新型無(wú)機(jī)非金屬材料新知探究(一)硅酸鹽材料1.無(wú)機(jī)非金屬材料組成元素含有硅、氧等元素分類傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料性能具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn),以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能2.硅酸鹽材料——傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料(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(gè)頂角,許多這樣的四面體通過(guò)頂角的O相互連接,即每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O,每個(gè)O結(jié)合2個(gè)Si。四面體(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高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐

等特點(diǎn)。腐蝕3.常見(jiàn)的硅酸鹽材料項(xiàng)目陶瓷玻璃水泥主要成分成分復(fù)雜________、_______和_____硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)生產(chǎn)原料黏土(含水的鋁硅酸鹽)主要原料:____________輔助原料:適量的石膏Na2SiO3CaSiO3SiO2純堿、石灰石、石英砂黏土、石灰石主要設(shè)備陶瓷窯玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯用途建筑材料、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、制造玻璃纖維大量用于建筑和水利工程續(xù)表[微點(diǎn)撥]①陶瓷分為陶和瓷。②普通玻璃生產(chǎn)涉及兩主反應(yīng)為SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑;SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑。③生產(chǎn)水泥時(shí)加入適量石膏是調(diào)節(jié)水泥的硬化速率。④堿性溶液不能用磨口試劑瓶存放,原因是玻璃中的SiO2與堿反應(yīng)生成硅酸鹽黏合劑。1.正誤判斷(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。(1)硅酸鹽結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,大多難溶于水,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。()(2)硅氧四面體中,硅原子與氧原子都是以共價(jià)鍵結(jié)合。()(3)水泥與玻璃的共同原料是石灰石,水泥與陶瓷的共同原料是黏土。()(4)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行。()(5)玻璃和水泥生產(chǎn)中都發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化。()

[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]√√√√√2.(2024·廣州高一檢測(cè))考古遺跡和歷史文物是歷史的見(jiàn)證,反映了古代人民豐富多彩的生活。下列文物屬于無(wú)機(jī)非金屬材料的是(

)A.銅烤爐B.黃花梨云龍紋條案C.三彩騎臥駝陶俑D.山居圖扇面√解析:銅烤爐屬于金屬制品,故A錯(cuò)誤;黃花梨云龍紋條案屬于木材,主要成分為纖維素,故B錯(cuò)誤;三彩騎臥駝陶俑屬于陶瓷制品,屬于無(wú)機(jī)非金屬材料,故C正確;山居圖扇面主要成分為纖維素,不屬于無(wú)機(jī)非金屬材料,故D錯(cuò)誤。3.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(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.“雨過(guò)天晴云破處”所描述的瓷器青色,來(lái)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)√解析:氧化鐵為紅棕色固體,瓷器的青色不可能來(lái)自氧化鐵,

A錯(cuò)誤;秦兵馬俑是陶制品,陶制品是由黏土或含有黏土的混合物經(jīng)混煉、成形、煅燒而制成的,

B正確;陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物,陶瓷的主要成分是硅酸鹽,與水泥、玻璃等同屬硅酸鹽產(chǎn)品,

C正確;陶瓷的主要成分是硅酸鹽,硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)不活潑,具有不與酸或堿反應(yīng)、抗氧化的特點(diǎn),

D正確。4.(2024·濟(jì)南高一月考)“九秋風(fēng)露越窯開(kāi),奪得千峰翠色來(lái)”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩(shī)句,描繪我國(guó)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(shuō)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√解析:陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品,A錯(cuò)誤;制水泥的主要原料為黏土、石灰石,輔助原料為石膏,B錯(cuò)誤;沙子的主要成分為二氧化硅,不屬于硅酸鹽,D錯(cuò)誤。新知探究(二)硅和二氧化硅、硅酸鹽1.硅(1)硅在元素周期表中的位置和存在硅位于元素周期表第三周期第ⅣA族,正好處于金屬與非金屬的過(guò)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)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。硅在自然界主要以

和

的形式存在。硅酸鹽氧化物(2)高純硅的制備其中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為①

;②

;③

。(3)硅的主要化學(xué)性質(zhì)①與F2、O2反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為Si+2F2===SiF4、Si+O2SiO2;②與HF、NaOH反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為Si+4HF===SiF4↑+2H2↑、Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。2.二氧化硅(1)不溶于水,是一種酸性氧化物①與NaOH反應(yīng):SiO2+2NaOH===

;②與CaO反應(yīng):SiO2+CaOCaSiO3。(2)二氧化硅的特性與HF反應(yīng):SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。(3)二氧化硅可與某些鹽反應(yīng)制備玻璃SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑;SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑。Na2SiO3+H2O3.硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡(jiǎn)單的硅酸鹽(1)硅酸鈉易溶于水,其水溶液俗稱水玻璃,具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性,常用作黏合劑和防火劑。(2)硅酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)生成硅酸(H2SiO3)沉淀,其離子方程式是

。(3)少量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中,反應(yīng)的離子方程式是

。

應(yīng)用化學(xué)隨著5G技術(shù)的應(yīng)用,硅光芯片被廣為提及,從概念到產(chǎn)品,它的發(fā)展速度讓人驚嘆。硅光芯片作為硅光子技術(shù)中的一種,有著非?？捎^的前景。CPU的原料是什么,很多人知道是“硅”,其實(shí)就是沙子。CPU的制作過(guò)程如下:(1)從沙子中提取二氧化硅:制作CPU的沙子要經(jīng)過(guò)水洗→酸洗→中和→水洗→堿溶→過(guò)濾→灼燒等步驟,提取出純凈不含雜質(zhì)的二氧化硅。(2)把二氧化硅還原成硅:二氧化硅再進(jìn)行化學(xué)提純,得到可用于制造半導(dǎo)體材料的硅,學(xué)名電子級(jí)硅。電子級(jí)硅平均每一百萬(wàn)個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。(3)芯片制作:①硅錠切割(晶圓)

②激光刻蝕③電鍍

④測(cè)試、切割

⑤封裝

⑥將處理器安裝到手機(jī)上開(kāi)機(jī)1.材料中第(1)步的堿溶中SiO2會(huì)不會(huì)反應(yīng),表現(xiàn)SiO2的什么性質(zhì)?提示:SiO2屬于酸性氧化物,能夠與堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水。2.材料中第(2)步中發(fā)生的反應(yīng)有哪些?能否根據(jù)發(fā)生的反應(yīng)判斷C和Si的還原性的強(qiáng)弱?提示:SiO2+2CSi+2CO↑,Si+3HClSiHCl3+H2,SiHCl3+H2Si+3HCl;反應(yīng)SiO2+2CSi+2CO↑是在高溫條件下進(jìn)行的,不能作為還原性強(qiáng)弱判斷的依據(jù)。3.SiO2和CO2都屬于酸性氧化物,性質(zhì)是否一樣?提示:不一樣。SiO2不能與水反應(yīng),CO2與水反應(yīng)生成碳酸。4.玻璃瓶不能盛放氫氟酸的原因是什么?SiO2能否與其他酸發(fā)生反應(yīng)?提示:SiO2常溫下與氫氟酸發(fā)生反應(yīng):SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。SiO2不能與除氫氟酸之外的其他酸反應(yīng)。1.正誤判斷(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。(1)常溫下,硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,所以自然界中的硅大部分以游離態(tài)的形式存在。()(2)硅是良好的半導(dǎo)體材料,可以用來(lái)生產(chǎn)芯片和硅太陽(yáng)能電池等。()(3)SiO2能與NaOH和HF反應(yīng),故SiO2為兩性氧化物。()

[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]×√×(4)氫氟酸不能用玻璃試劑瓶保存,NaOH溶液不能用帶玻璃塞的試劑瓶保存。

()(5)H2CO3酸性比H2SiO3的強(qiáng),故CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀生成。()√√√2.在一定條件下,下列物質(zhì)不能與二氧化硅反應(yīng)的是(

)①焦炭②純堿③碳酸鈣④氫氟酸⑤高氯酸⑥氫氧化鉀⑦氧化鈣⑧氮?dú)釧.③⑤⑦⑧

B.⑤⑦⑧C.⑤⑧

D.⑤⑦3.(2024·西安高一期末)無(wú)論是傳統(tǒng)的還是新型的無(wú)機(jī)非金屬材料,硅元素都占有非常重要的地位。由于硅在太陽(yáng)能發(fā)電中的重要作用,有些科學(xué)家稱硅是“二十一世紀(jì)的能源”。下列關(guān)于硅說(shuō)法正確的是(

)A.自然界中硅單質(zhì)的含量居各元素的第二位B.高純度的硅是制半導(dǎo)體的重要材料C.水泥、玻璃、陶瓷、光導(dǎo)纖維都是傳統(tǒng)的硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品D.石英砂屬于天然的硅酸鹽產(chǎn)品√解析:Si元素在自然界中以化合態(tài)存在,硅元素在地殼中的含量排第二位,故A錯(cuò)誤。硅在元素周期表中處于金屬和非金屬之間,導(dǎo)致硅單質(zhì)的性質(zhì)介于二者之間,所以硅是制半導(dǎo)體的重要材料,故B正確。光導(dǎo)纖維由SiO2制成,不屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品,故C錯(cuò)誤。石英砂的主要成分為SiO2,不屬于硅酸鹽產(chǎn)品,故D錯(cuò)誤。4.由粗SiO2制備純SiO2的流程如圖所示,下列說(shuō)法不正確的是(

)A.SiO2是酸性氧化物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)行解析:步驟Ⅲ為固體灼燒,應(yīng)在坩堝中進(jìn)行,D錯(cuò)誤?！?.寫出用SiO2制H2SiO3的有關(guān)化學(xué)方程式:

。

SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O、Na2SiO3+H2SO4===Na2SO4+H2SiO3↓(合理即可)新知探究(三)新型無(wú)機(jī)非金屬材料1.高純硅和光導(dǎo)纖維(1)高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)(如硅晶片是生產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)材料)和新能源技術(shù)(如硅太陽(yáng)能電池)等領(lǐng)域。(2)光導(dǎo)纖維

可用來(lái)生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維的通信容量大,抗干擾性能好,傳輸?shù)男盘?hào)不易衰減,能有效提高通信效率。[微點(diǎn)撥]

光導(dǎo)纖維能傳輸光,不能導(dǎo)電。二氧化硅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)碳化硅(SiC)俗稱金剛砂,具有類似金剛石的結(jié)構(gòu),可用作砂紙和砂輪的磨料,具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能,可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。(4)常見(jiàn)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.碳納米材料富勒烯由

構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱,如C60,可以制碳納米材料碳納米管可以看成是由

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

和優(yōu)良的

性能,可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等碳原子石墨片層強(qiáng)度電學(xué)石墨烯只有一個(gè)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。作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料,石墨烯在光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入續(xù)表1.(1)將下列左欄中的物質(zhì)與右欄中對(duì)應(yīng)的性質(zhì)、用途用線連起來(lái):

[題點(diǎn)多維訓(xùn)練](2)填寫下列物質(zhì)主要化學(xué)成分的化學(xué)式。①剛玉:

;

②石英鐘:

;

③硅太陽(yáng)能電池:

;

④水晶鏡片:

;

⑤水玻璃:

。

Al2O3SiO2SiSiO2Na2SiO32.碳納米管是繼富勒烯(C60)以后發(fā)現(xiàn)的又一種碳單質(zhì),以下有關(guān)碳納米管與富勒烯(C60)的說(shuō)法錯(cuò)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解析:碳納米管與C60是不同的碳單質(zhì),完全燃燒都生成CO2?！?.在“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器成功發(fā)射的背后,很多化學(xué)新材料扮演了重要角色。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(

)A.探測(cè)器使用的鋁硅封裝外殼屬于合金材料B.探測(cè)器上太陽(yáng)能電池板所用的晶體硅與光導(dǎo)纖維成分相同C.探測(cè)器使用的陶瓷絕緣材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料D.探測(cè)器外殼用的SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料密度小、強(qiáng)度高、剛性好√解析:鋁硅封裝外殼中含鋁單質(zhì)和硅單質(zhì),屬于合金材料,故A正確;光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅,與晶體硅成分不同,故B錯(cuò)誤;陶瓷絕緣材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料,故C正確;SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可用于制造探測(cè)器外殼,具有密度小、強(qiáng)度高、剛性好的特點(diǎn),D項(xiàng)正確。4.如何解釋在半導(dǎo)體工業(yè)中有這樣一句行話:“從沙灘到用戶”?粗硅制備的原料為來(lái)自沙灘的沙子,沙子的成分為SiO2,粗硅提純得到純硅,廣泛用于制備半導(dǎo)體材料、芯片

。課時(shí)跟蹤檢測(cè)(選擇題第1~9小題,每小題3分,第12小題5分,本檢測(cè)滿分70分)123456789101113√121.(2023·山東卷)下列之物具有典型的齊魯文化特色,據(jù)其主要化學(xué)成分不能與其他三種歸為一類的是(

)A.泰山墨玉 B.龍山黑陶C.齊國(guó)刀幣 D.淄博琉璃解析:墨玉、黑陶、琉璃的主要成分屬于無(wú)機(jī)非金屬材料,齊國(guó)刀幣的主要成分為青銅,屬于金屬材料。√124567891011121332.《天工開(kāi)物》中記載:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,擇取無(wú)沙粘土而為之……。凡坯既成,干燥之后,則堆積窯中燃薪舉火……。澆水轉(zhuǎn)泑〔音右〕與造磚同法?！毕铝姓f(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.“粘土”的主要成分為硅酸鹽B.“燃薪舉火”僅使黏土發(fā)生復(fù)雜的物理變化C.硅酸鹽是構(gòu)成地殼中巖石的主要成分D.“粘土”是制作磚瓦等的主要原料解析:“燃薪舉火”使黏土發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化,B項(xiàng)錯(cuò)誤。√124567891011121333.(2024·遼寧大連高一期中)化學(xué)與環(huán)境、材料、信息、能源關(guān)系密切,推動(dòng)著人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。下列說(shuō)法不正確的是(

)A.“天問(wèn)一號(hào)”所用的太陽(yáng)能電池帆板,其主要材料是硅B.中國(guó)空間站使用石墨烯存儲(chǔ)器,所用材料石墨烯屬于無(wú)機(jī)非金屬材料C.SO2可用來(lái)漂白紙漿,也能作食品添加劑D.5G技術(shù)中使用的通信光纜不與任何酸堿反應(yīng)12456789101112133解析:SO2雖然有毒,但食品中添加適量的二氧化硫可以起到防腐、抗氧化等作用,在一定范圍內(nèi)可以用作食品添加劑,C正確;光纜主要成分為二氧化硅,常溫下,二氧化硅與氫氟酸、氫氧化鈉反應(yīng),D錯(cuò)誤?！?24567891011121334.下列有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)①硅是制造光導(dǎo)纖維的材料②二氧化硅的熔點(diǎn)比二氧化碳高③SiC是一種新型硅酸鹽材料④二氧化硅是制取粗硅的原料⑤石英玻璃、瑪瑙、水泥和瓷器都是硅酸鹽制品⑥氮化硅的化學(xué)式為Si3N4,其可用于制作坩堝、切削刀具A.②③⑥

B.①③⑤C.②④⑥ D.①③④⑤12456789101112133解析:硅單質(zhì)可用于制造半導(dǎo)體,SiO2具有良好的光學(xué)特性,是制造光導(dǎo)纖維的材料,①錯(cuò)誤;SiO2常溫下是固體,其熔點(diǎn)高于CO2,②正確;SiC屬于新型陶瓷,不屬于硅酸鹽材料,③錯(cuò)誤;SiO2與焦炭反應(yīng)生成粗硅和CO,即SiO2是制取粗硅的原料,④正確;石英玻璃、瑪瑙的主要成分是SiO2,不是硅酸鹽制品,⑤錯(cuò)誤;氮化硅具有硬度大、耐高溫等特性,可制作坩堝、切削刀具,⑥正確?！?24567891011121335.高純度晶體硅是典型的無(wú)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(chǎng)“革命”。它可以按下列方法制備,下列說(shuō)法正確的是(

)A.步驟①的化學(xué)方程式為SiO2+CSi(粗)+CO2↑B.步驟①②③中每生成或消耗1molSi,轉(zhuǎn)移4mol電子C.步驟①所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不能說(shuō)明碳的非金屬性比硅強(qiáng)D.二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng),而硅不能與氫氟酸反應(yīng)12456789101112133解析:高溫下SiO2與C反應(yīng)生成CO和Si,步驟①的化學(xué)方程式為SiO2+2CSi(粗)+2CO↑,A項(xiàng)錯(cuò)誤。步驟①中硅元素從+4價(jià)降為0價(jià),生成1

mol

Si轉(zhuǎn)移4

mol電子;步驟②中硅元素由0價(jià)升為+2價(jià),消耗1

mol

Si轉(zhuǎn)移2

mol電子;步驟③中硅元素由+2價(jià)降為0價(jià),生成1

mol

Si轉(zhuǎn)移2

mol電子,B項(xiàng)錯(cuò)誤。非金屬性是指非金屬元素的單質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中得電子的能力,故步驟①所發(fā)生的反應(yīng)不能說(shuō)明碳的非金屬性比硅強(qiáng),C項(xiàng)正確。SiO2、Si均能與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4,D項(xiàng)錯(cuò)誤?！?24567891011121336.硅是帶來(lái)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(shuō)法中錯(cuò)誤的是(

)A.傳統(tǒng)無(wú)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.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(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽12456789101112133解析:無(wú)機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類,傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分是硅酸鹽,如玻璃、水泥、陶瓷等,新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分不是硅酸鹽,D錯(cuò)誤?！?24567891012111337.科學(xué)家用金屬鈉還原CCl4和SiCl4制得一種一維SiC納米棒,相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Na+CCl4+SiCl4===SiC+8NaCl。下列說(shuō)法不正確的是(

)A.SiC和SiO2中Si元素的化合價(jià)相同B.上述反應(yīng)中SiC既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物C.SiO2制備單質(zhì)Si、單質(zhì)Si制備SiCl4均涉及氧化還原反應(yīng)D.一維SiC納米棒中的粒子比表面積大,對(duì)微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力12456789101211133解析:SiC和SiO2中Si元素的化合價(jià)均為+4價(jià),A項(xiàng)正確;SiC是還原產(chǎn)物,NaCl是氧化產(chǎn)物,B項(xiàng)錯(cuò)誤;SiO2制備單質(zhì)Si需加入還原劑,單質(zhì)Si制備SiCl4需加入氧化劑,C項(xiàng)正確;一維SiC粒子比表面積大,對(duì)微小粒子有較強(qiáng)的吸附能力,D項(xiàng)正確?！?24567891011121338.石墨烯目前是世界上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料,它是一種透明、良好的導(dǎo)體;石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)(如圖所示)的一種碳單質(zhì)新材料,它是構(gòu)建富勒烯、碳納米管的基本單元。利用石墨烯可制造晶體管、太陽(yáng)能電池板等。下列有關(guān)石墨烯的說(shuō)法不正確的是(

)A.石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能B.石墨烯是一種新型的無(wú)機(jī)非金屬材料C.石墨烯與富勒烯的結(jié)構(gòu)相同D.石墨烯、富勒烯、碳納米管都是由碳元素組成的12456789101112133解析:石墨烯具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能,故A不符合題意;石墨烯是新型的無(wú)機(jī)非金屬材料,故B不符合題意;石墨烯為單層結(jié)構(gòu),而富勒烯為球環(huán)狀結(jié)構(gòu),故C符合題意;石墨烯、富勒烯、碳納米管都是碳元素的單質(zhì),互為同素異形體,故D不符合題意?！?24567891011121339.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了純碳新材料“碳納米泡沫”,每個(gè)泡沫含有約4000個(gè)碳原子,直徑約為6~9nm,在低于-183℃時(shí),泡沫具有永久磁性。下列敘述正確的是(

)A.“碳納米泡沫”與石墨互為同素異形體B.把“碳納米泡沫”分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲?不能產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)C.“碳納米泡沫”是一種新型的含碳化合物D.“碳納米泡沫”和金剛石的性質(zhì)相同12456789101112133解析:

“碳納米泡沫”屬于碳單質(zhì),與石墨互為同素異形體,故A項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;“碳納米泡沫”的直徑約為6~9

nm,分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬赡z體,能產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng),故B項(xiàng)錯(cuò)誤;“碳納米泡沫”和金剛石是兩種不同的物質(zhì),二者化學(xué)性質(zhì)相同,物理性質(zhì)不同,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。1245678910111213310.(10分)氮化硅陶瓷因其熔點(diǎn)高,對(duì)于金屬及氧化物熔體具有相當(dāng)?shù)母邷胤€(wěn)定性,越來(lái)越多地被應(yīng)用于熱工的各個(gè)領(lǐng)域,如陶瓷燒成棚板、輥棒,以及高溫軸承、渦輪葉片等。(1)下列關(guān)于氮化硅陶瓷的說(shuō)法正確的是

(填字母)。

A.硅粉合成氮化硅的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)B.氮化硅陶瓷屬于硅酸鹽C.氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料D.太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的主體材料為氮化硅AC12456789101112133解析:Si與N2反應(yīng)前后,N、Si元素的化合價(jià)發(fā)生變化,故屬于氧化還原反應(yīng),A正確;氮化硅屬于新型高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,不屬于硅酸鹽,B錯(cuò)誤;根據(jù)氮化硅的性能,可用于制造磨刀材料,C正確;太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的主體材料為硅,D錯(cuò)誤。10124567891112133(2)在燒結(jié)氮化硅陶瓷的過(guò)程中,二氧化硅、碳、氮?dú)庖晕镔|(zhì)的量之比3∶6∶2反應(yīng)生成兩種化合物。①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。②該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為

。

3SiO2+2N2+6CSi3N4+6CO7∶912456789101112133解析:①硅原子最外層有4個(gè)電子,氮原子最外層有5個(gè)電子,在氮化硅中硅顯+4價(jià),氮顯-3價(jià),根據(jù)化合物中化合價(jià)代數(shù)和等于零的原則,可得氮化硅的化學(xué)式為Si3N4。燒結(jié)Si3N4陶瓷的反應(yīng)物為SiO2、N2、C,生成物為Si3N4和另一種化合物,則有3SiO2+2N2+6CSi3N4+另一種化合物,根據(jù)原子守恒可得另一種化合物為CO,故反應(yīng)的化學(xué)方程式為3SiO2+2N2+6CSi3N4+6CO。②根據(jù)反應(yīng)3SiO2+2N2+6CSi3N4+6CO,氮元素的價(jià)態(tài)降低,N2為氧化劑,碳元素的價(jià)態(tài)升高,C單質(zhì)為還原劑,其質(zhì)量比為(2

mol×28

g·mol-1)∶(6

mol×12

g·mol-1)=7∶9。1245678910111213311.(12分)硅是帶來(lái)人類文明的重要元素之一,在傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。(1)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應(yīng):SiO2+2CSi(粗)+2CO↑;SiO2+3CSiC+2CO↑。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為1∶1,則參加反應(yīng)的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為

。

解析:若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為1∶1,將兩方程式疊加,可知參加反應(yīng)的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為5∶2。5∶212456789101112133(2)工業(yè)上可以通過(guò)如圖所示的流程制取純硅:①若反應(yīng)Ⅰ為Si(粗)+3HClSiHCl3+H2,則反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式為

。

解析:由流程圖可知反應(yīng)Ⅱ是SiHCl3和H2反應(yīng)生成純硅和HCl,因此反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl3+H2

Si(純)+3HCl。SiHCl3+H2Si(純)+3HCl12456789101112133②整個(gè)制備過(guò)程中必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì),寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。解析:方程式中已知物質(zhì):SiHCl3+H2O―→H2SiO3+HCl,由原子守恒可知另一種物質(zhì)為H2,因此反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl3+3H2O===H2SiO3+3HCl+H2↑。SiHCl3+3H2O===H2SiO3+3HCl+H2↑12456789101112133③假設(shè)每一輪次制備1mol純硅,且生產(chǎn)過(guò)程中硅元素沒(méi)有損失。反應(yīng)Ⅰ中HCl的利用率為90%。反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%,則在第二輪次的生產(chǎn)中,補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比約為

。

5∶112456789101112133

12√124567891011133高階思維訓(xùn)練(選做題)12.氮化硅(Si3N4)是一種具有耐高溫、耐磨蝕等優(yōu)異性能的新型陶瓷。工業(yè)上可用如下反應(yīng)來(lái)制取氮化硅:3SiO2+6X+2N2

Si3N4+6CO。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.氮化硅陶瓷可用于火箭的涂層B.物質(zhì)X為CC.上述反應(yīng)中X為還原劑D.上述反應(yīng)中,每生成1molSi3N4,N2得到6mol電子12456789101112133解析:氮化硅耐高溫、耐磨蝕,可用于火箭的涂層,A項(xiàng)正確;根據(jù)原子守恒可得X為C,作還原劑,B、C項(xiàng)正確;