高一化学新人教版同步精讲必修2第09讲硅的化合物新型无机非金属材料(无答案)

第09讲 硅的化合物 新型无机非金属材料
模块一 二氧化硅硅酸
资料卡片——SiO 2的结构与物理性质
二、SiO 2的化学性质
1．二氧化硅虽然不溶于水，但它是一种酸性氧化物
（1）与NaOH 反应：_______________________________________； （
2）与CaO 反应：SiO 2+CaO =====△
CaSiO 3 2．二氧化硅的特性
与HF 反应：_______________________________________________； 3．二氧化硅可与某些盐反应制备玻璃
SiO 2+ Na 2CO 3 =====高温
Na 2SiO 3 + C O 2↑ SiO 2+ CaCO 3 =====高温
CaSiO 3 + C O 2↑ 三、SiO 2的用途
1．用于生产____________； 2．水晶、玛瑙等饰品； 3．制作耐高温的化学仪器。

四、硅酸
1．H 2SiO 3的弱酸性：硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。

2．H 2SiO 3的不稳定性：硅酸受热易分解，H 2SiO 3=====△
SiO 2+H 2O 。

3．硅酸的制备（强酸制弱酸）： Na 2SiO 3 + 2HCl ===2NaCl+ H 2SiO 3(胶体) Na 2SiO 3 + CO 2 +H 2O ===H 2SiO 3(胶体) +Na 2CO 3
模块二新型无机非金属材料
如图所示，二氧化硅晶体是由Si 原子和O 原子按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体，所以我们通常用SiO 2来表示二氧化硅的组成。

SiO 2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。

一、新型陶瓷 新型陶瓷包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等，在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。

例如，碳化硅（SiC ）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。

碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，大大超过了普通金属材料所能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。

资料卡片——新型陶瓷
①高温结构陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。

与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。

②压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。

③透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。

④超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。

二、碳纳米材料
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。

题型一：SiO 2的性质与用途
【变1-1】下列关于2SiO 的叙述正确的是
①2SiO 能与水反应生成硅酸 ①2SiO 对应的水化物是可溶性弱酸
①硅原子和碳原子的最外层电子数相同，2SiO 和2CO 的分子结构也相同 ①2SiO 既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故2SiO 是两性氧化物 ①2SiO 中硅元素为4 价，故2SiO 具有氧化性 ①在2SiO 中，每个硅原子结合2个氧原子 A ．①①① B ．①①①①
C ．①
D ．①
【变2】我国科学家成功研制了2SiO 超分子纳米管，下列叙述不正确的是（ ） A ．该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应 B ．2SiO 是酸性氧化物
C ．2SiO 在工业上可用于制造光导纤维
D ．2SiO 与碱的反应是非氧化还原反应
【例3】500 多年前，一艘载着天然苏打晶体(Na 2CO 3·10H 2O)的商船在航行中搁浅，船员们便在附近的沙滩上用几块苏打晶体支锅煮饭。

之后他们惊奇地发现，在苏打与沙粒接触的地方出现了许多晶莹发亮的珠子。

回答下列问题: （1）沙滩上沙粒的主要成分为_______(填化学式)。

（2）上述晶莹发亮的珠子可能是______(填字母)。

A ．水晶颗粒
B ．无水碳酸钠
C ．晶体硅
D ．玻璃珠 （3）生成该珠子时发生反应的化学方程式为_____________。

（4）氢氟酸常用作玻璃的蚀刻剂，原因是______________(用化学方程式表示)。

题型二：硅酸
【例4】为确认HCl 、23H CO 、23H SiO 的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的实验装置，一次实验即可达到目的（不必选其他酸性物质）请据此回答：
（1）锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为________。

（2）装置B 所盛的试剂是_____________，其作用是__________________。

（3）装置C 所盛试剂是________________，C 中反应的离子方程式是____________。

（4）由此得到的结论是酸性：________＞________＞________。

题型三：新型无机非金属材料
【例5】碳纳米材料是近年来人们非常关注的一类新型无机非金属材料，下列关于碳纳米材料的说法中不正确的是
A．C60是富勒烯的代表物，C60的摩尔质量为720g/mol
B．碳纳米管可用于生产电池和传感器
C．石墨烯与石墨都具有导电性
D．石墨烯的性质稳定，在氧气中不能燃烧
【变5-1】石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它是一种透明、良好的导体；石墨烯是由碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构（如图所示）的一种碳单质新材料，它是构建富勒烯、碳纳米管的基本单元。

利用石墨烯可制造晶体管、太阳能电池板等。

下列有关石墨烯的说法不正确的是（）
A．石墨烯具有优良的导电、导热性能
B．石墨烯是一种新型的无机非金属材料
C．石墨烯与富勒烯的结构相同
D．石墨烯、富勒烯、碳纳米管都是由碳元素组成的
【变6】氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。

(1)根据以上描述，推测氮化硅可能有哪些用途：___________(填字母)。

a.制作坩埚
b.用作建筑陶瓷
c.制作耐高温轴承
d.制作切削刀具
(2)请写出氮和硅的原子结构示意图______，并根据元素周期律的知识，写出氮化硅的化学式______。

(3)氮化硅在19世纪已经被化学家合成出来，但直到100多年后才逐渐应用于工业领域。

材料的基础研究和实际应用之间存在着一定距离，你认为二者之间的关系是怎样的_______？请查阅相关资料，与同学交流你的观点。

题型四：硅及其化合物
【例7】已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示转化，反应中部分生成物已略去。

其中，A、G为非金属单质，且常湿下呈固态，形成G单质的元素在地壳中含量居第二位，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种能形成酸雨的大气污染物。

请回答下列问题：
(1)写出E的两种用途：______、______。

(2)反应①的离子方程式为______。

(3)反应①的化学方程式是______。

(4)反应①的离子方程式是______。

(5)写出一个由A生成H的置换反应的化学方程式：
______。

【题1】宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。

其中钧窑以“人窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。

下列关于陶瓷的说法不正确的是
A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料
C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物
D．陶瓷属于硅酸盐制品，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸
【题2】下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是
A．两者都是酸性氧化物，故均不与酸反应
B．两者都可以与NaOH溶液反应
C．两者熔、沸点均较低
D．两者都能与水反应生成对应的酸且碳酸的酸性强于硅酸
【题3】现有下列5个转化，其中不可能通过一步反应实现的是
①SiO2→Na2SiO3①Si→SiO2①SiO2→H2SiO3①CuO→Cu(OH)2①Na2O2→NaOH
A．①①B．①①C．①①①D．①①①①
【题6】A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成，且四种化合物中阴、阳离子各不相同。

的焰色反应呈黄色。

回答下列问题：
（1）写出A、B、C、D的化学式：A______，B_____，C____，D____。

（2）写出A溶液与B溶液反应的离子方程式：__________。

（3）请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号：
【题7】高纯二氧化硅可用来制造光纤。

某蛇纹石的成分见下表：
（1）蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有____________（写化学式）。

（2）步骤①中涉及SiO2反应的离子方程式为________________。

（3）滤渣A 的成分有______________________（填化学式）。

（4）步骤①中洗涤沉淀的方法是_____________________。

（5）步骤①反应的化学方程式为______________________；实验室进行步骤①需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒、和________________。

【题8】根据下列各小题实验目的，完成填空。

(a、b为弹簧夹，加热及固定装置略去)
(1)验证碳、硅非金属性的相对强弱。

(已知酸性：亚硫酸＞碳酸)
①连接仪器、检验装置气密性、加药品后，打开a，关闭b，然后滴入浓硫酸，加热。

①装置A中试剂是___。

①能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是___。

(2)验证SO2的氧化性、还原性和酸性氧化物的通性。

①在(1)①操作后，打开b，关闭a。

①通入SO2的BaCl2溶液中无明显现象，若将其取出于试管中，然后向其中滴加氯水则出现沉淀，该沉淀的化学式为___。

①一段时间后，实验装置中H2S溶液中的现象是___，化学方程式是___。

【练1】碳纳米管是由碳原子组成的六角形蜂巢状平面薄膜卷曲而成，具有许多异常的力学、电学和化学性能。

下列关于碳纳米管的说法不正确的是
A．碳纳米管属于一种有机合成纤维
B．碳纳米管与金刚石互为同素异形体
C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性
D．碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料
【练2】下列说法不正确的是
A．高纯硅可用于制作光感电池
SiO因熔点高硬度大，可用于制光导纤维
B．2
C．石英砂可用于生产单晶硅
SiO反应的实际应用之一是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
D．HF与2
【练3】碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。

下列说法正确的是
A．碳纳米管属于胶体
B．石墨烯属于有机化合物
C．C60与金刚石互为同素异形体
D．均具有相同的熔点
【练4】在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（）
①焦炭①纯碱①碳酸钙①氢氟酸①高氯酸①氢氧化钾①氧化钙①氮气A．①①①①B．①①①C．①①D．①①
【练5】下列溶液中①碳酸钠溶液①氢氟酸①氢氧化钠溶液①氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是()
A．①①B．①①C．①①D．①①
【练6】下列物品或设施：
①陶瓷餐具①砖瓦①混凝土桥墩①门窗玻璃①水晶镜片①石英钟①水晶项链①硅太阳能电池①光导纤维①计算机芯片
(1)使用了硅单质的是___________(填序号，下同)。

(2)使用了二氧化硅的是___________。

(3)使用了硅酸盐材料的是___________。

【练7】氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多被应用于热工各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。

(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________。

A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应
B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐
C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料
D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅
(2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3:6:2反应生成两种化合物。

①该反应的化学方程式为___________________________。

①该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。

【练8】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）计算机芯片和太阳能电池的主要成分是________，光导纤维的主要成分是________。

（填化学式）
（2）工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，发生反应的化学方程式为_________。

（3）玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，翡翠的主要成分为NaAlSi2O6，用氧化物形式表示为________。

（4）高纯度单晶硅可以按下列方法制备：
SiO2Si（粗）SiHCl3Si（纯）
写出步骤①的化学方程式：_______。

步骤①的产物经过冷凝后得到的SiHCl3（沸点33.0 ①）中含有少量的SiCl4（沸点57.6 ①），提纯SiHCl3主要操作的名称是________。

步骤①需要在无水无氧环境下进行，若在有氧环境下，除了有不安全因素外，还可能使产品中混有杂质________。