第03天无机非金属材料（原卷版）

寒假打卡第03天第五章第三节无机非金属材料一、硅单质1．硅的存在与结构存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第二位氧化物和硅酸盐第三周期ⅣA族2．硅的性质：还原性为主常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下：①与非金属单质反应eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=====,\s\up7(△))SiO2,F2：Si＋2F2===SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=====,\s\up7(△))SiCl4))②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。3．硅的制取：①制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO2＋2Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。②粗硅提纯：Si＋2Cl2eq\o(=====,\s\up7(高温))SiCl4，SiCl4＋2H2eq\o(=====,\s\up7(高温))Si＋4HCl。(3)硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。【名师点拨】(1)用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。【典例示范】【例1】下列有关硅的说法不正确的是()A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应二、二氧化硅1．酸性氧化物的通性SiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O(盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞)SiO2不溶于水，与水不反应2．氧化性：SiO2+2CSi+2CO3．SiO2和HF反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O(特性)，玻璃中含有SiO2，可以用HF来刻蚀玻璃。盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，可以用塑料瓶。4．SiO2用途：天然二氧化硅有结晶形和无定形两大类，统称硅石。它的硬度较大，熔点较高。以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料(光导纤维的成分是二氧化硅)。石英、玛瑙(成分SiO2)用于制作饰物和工艺品。【名师点拨】(1)SiO2中硅元素为＋4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。(2)SiO2是酸性氧化物，H2SiO3的酸酐，与水不反应，硅酸只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。(3)实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。(4)氢氟酸能与SiO2反应，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而应存放在塑料瓶中。【典例示范】【例2】纯二氧化硅可用下列流程制得。相关说法不正确的是()A．X的主要成分可用作木材防火剂B．步骤Ⅰ的反应是SiO2+2OH=SiO32+H2OC．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替D．步骤Ⅲ若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行三、硅酸盐材料1．硅酸盐(1)结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有。(2)性质：结构决定性质，硅酸盐的特殊结构决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。2．最简单的硅酸盐——Na2SiO33．传统硅酸盐材料项目普通玻璃普通水泥陶瓷生产原料纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)石灰石、黏土黏土生产设备玻璃窑水泥回转窑陶瓷窑主要成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2——主要用途用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维等大量用于建筑和水利工程用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等【名师点拨】(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。(2)CO2与酸不反应，SiO2能与氢氟酸反应。【典例示范】【例3】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是()A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理、化学变化C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料四、新型无机非金属材料1．新型陶瓷——碳化硅(SiC)俗称结构特点主要性能生产应用金刚砂碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石硬度很大、高温抗氧化性能优异砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料2．其它新型陶瓷材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等压电陶瓷具有电学特性钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测等透明陶瓷具有光学特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷具有超导性超导陶瓷电力、交通、医疗等3．碳纳米材料新型材料结构特点主要性能主要应用富勒烯碳原子构成的一系列笼形分子工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等碳纳米管石墨片层卷成的直径纳米级的管状物比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质生产复合材料、电池和传感器等石墨烯一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低、热导率高、具有很高的强度应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面【名师点拨】【典例示范】【例4】下列物质不属于新型无机非金属材料的是()A．玻璃纤维B．光导纤维C．金刚砂D．碳纳米管判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)硅是良好的半导体材料，可以用来生产芯片和硅太阳能电池等。()(2)生产光导纤维的原料是二氧化硅。()(3)SiO2既能和氢氧化钠溶液反应也能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。()(4)水晶、玛瑙、电子芯片等主要成分都是SiO2。()(5)用粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应。()(6)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合。()(7)玻璃属于硅酸盐制品，通常性质稳定。()(8)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土。()(9)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。()(10)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化。()(11)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体。()(12)富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳。()(13)新型无机非金属材料主要包括高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。()(14)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损等优点。()(15)天和核心舱”电推进系统中的腔体采用氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料。()(限时30分钟)一、选择题1．芯片的核心是硅板，其成分是()A．SiO2B．SiC．H2SiO3D．Na2SiO32．下列物质中属于新型无机非金属材料的是()A．石墨烯B．不锈钢C．普通玻璃D．铝合金3．反应SiO2+2CSi+2CO↑中，氧化剂是()A．CB．SiO2C．SiD．CO4．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是()A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、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．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料5．下列材料中不属于硅酸盐材料的是()A．做窗户的普通玻璃 B．浇灌房顶的水泥C．铺地板的陶瓷瓷砖 D．传输信号的光导纤维6．《天工开物》第七卷《陶埏(陶瓷)》中记载“水火既济而土合……后世方土效灵，人工表异，陶成雅器，有素肌、玉骨之象焉”，以上所述的“陶成雅器”的主要原料是()A．黏土B．纯碱、石灰石、石英砂C．黏土、石灰石D．二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝7．下列物质中属于新型无机非金属材料的是()A．碳化硅B．陶瓷C．铝合金D．普通玻璃8．下列有关SiO2的说法正确的是()A．SiO2属于酸性氧化物B．工业上用焦炭还原石英砂制得高纯硅C．SiO2可用来制作华为麒麟芯片D．可以在石英坩埚中熔融碳酸钠9．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是()A．水晶项链是硅酸盐制品B．硅单质广泛用于光纤通讯C．利用盐酸刻蚀石英制作艺术品D．水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料10．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点11．据报道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的。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．它没有固定的熔点D．它是一种新型无机非金属材料12．高纯硅是现代信息等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图如图所示，下列说法正确的是()A．硅元素位于周期表中第二周期，第IVA族B．电弧炉中的反应为SiO2+CSi+CO2↑C．该工艺流程中被循环利用的物质有HCl和H2D．制备所得的高纯硅是传统的硅酸盐材料13．关于反应4CO2+SiH44CO+2H2O+SiO2，下列说法正确的是()A．CO是氧化产物B．SiH4发生还原反应C．氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶4D．生成1molSiO2时，转移8mol电子14．下列有关硅及其化合物的说法正确的是()A．在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO↑＋Si，Si被还原，所以C的还原性大于SiB．Na2SiO3属于盐，不属于碱，所以Na2SiO3溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中C．用SiO2制取硅酸，应先使SiO2与NaOH溶液反应，然后通入CO2D．由Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CO2↑＋Na2SiO3可知，H2SiO3的酸性大于H2CO3二、非选择题15．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不含有硅酸盐的是________(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与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_______________________，工艺师常用_____________(填物质名称)来雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作____________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________(填字母)。A．普通玻璃坩埚B．石英玻璃坩埚C．氧化铝坩埚D．铁坩埚(4)工业上常利用反应2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式，下同)，氧化剂是________。16．材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。(1)硅酸盐材料是重要的传统无机非金属材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一、下列不属于传统硅酸盐产品