精修版魯科版化學(xué)必修1 第四章 材料家族中的元素 第1節(jié) 硅 無機(jī)非金屬材料

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1、 精品資料 第四章　材料家族中的元素 第1節(jié)　硅　無機(jī)非金屬材料 1．了解硅的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)。 2．了解二氧化硅的性質(zhì)，認(rèn)識硅、二氧化硅作為無機(jī)非金屬材料的特性及其用途。 3．了解硅酸鹽等無機(jī)非金屬材料的基本組成、性能和用途。 一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料 1．半導(dǎo)體材料。 (1)半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)：特指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。 (2)常見的半導(dǎo)體材料：最早使用的半導(dǎo)體材料是鍺(Ge)，現(xiàn)在最廣泛使用的半導(dǎo)體材料是硅。 2．單質(zhì)硅。 (1)硅的存在。 在地殼里，硅的含量僅次于氧，全部以

2、化合態(tài)存在，主要存在形式為二氧化硅和硅酸鹽。 (2)物理性質(zhì)。 ①單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。 ②晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。 ③單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 (3)化學(xué)性質(zhì)。 常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但在加熱條件下和某些非金屬單質(zhì)(如O2、Cl2)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為Si＋O2SiO2，Si＋2Cl2SiCl4。 3．硅的制取。 用焦炭在電爐中還原可得粗硅，化學(xué)方程式為 SiO2＋2CSi＋2CO↑。 4．硅的用途。 用于制造晶體管、集成電路、硅整流器和太陽能電池等，其合金用于制造變壓器鐵蕊和耐酸設(shè)備等。 二、二氧化硅與光

3、導(dǎo)纖維 1．二氧化硅的存在。 二氧化硅廣泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。純凈的二氧化硅又稱水晶。 2．二氧化硅的物理性質(zhì)。 純凈的二氧化硅晶體無色，熔點(diǎn)高，硬度大，難溶于水。 3．二氧化硅的結(jié)構(gòu)。 SiO2晶體是由Si原子和O原子按1∶2構(gòu)成的，每個Si原子結(jié)合4個O原子．每個O原子結(jié)合2個Si原子。 4．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)。 (1)具有酸性氧化物的通性。 a．常溫下SiO2與 NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水： SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 b．高溫下SiO2與堿性氧化物(如 CaO)反應(yīng)生成鹽： SiO2 ＋CaOCaSiO3。 (2)特

4、性。 與氫氟酸(HF)反應(yīng)： SiO2 ＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 5．光導(dǎo)纖維。 (1)主要成分：SiO2。 (2)用途：用于通訊、能量傳輸、信息處理等，光纖的使用節(jié)約了大量的人力、物力、財力，且提高了信號傳輸效率。 三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料 1．硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料。硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，大都難溶于水。常見的硅酸鹽產(chǎn)品有玻璃、水泥、陶瓷等。 2．玻璃。 (1)制造普通玻璃的主要原料是純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)。 (2)制造玻璃的設(shè)備為玻璃熔爐。 (3)反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCO3＋SiO2CaSiO3＋

5、CO2↑、Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。 (4)普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。 根據(jù)反應(yīng)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑能否說明硅酸酸性比碳酸強(qiáng)？ 答案：不能。酸性強(qiáng)弱的判斷應(yīng)根據(jù)水溶液中發(fā)生的反應(yīng)，硅酸酸性比碳酸弱。 3．水泥。 (1)生產(chǎn)原料：石灰石和黏土。 (2)普通水泥的主要成分為硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等。 (3)水泥的特點(diǎn)是水泥具有水硬性，與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬。 4．陶瓷。 (1)生產(chǎn)原料：黏土等天然硅酸鹽。 (2)分類。 ①陶器：疏松多孔有吸水性，有色、施釉。 ②瓷器：制

6、作時原料純度較高；燒結(jié)溫度也較高。因此組織致密，幾乎不吸水，色白，耐酸堿侵蝕。 四、新型無機(jī)非金屬材料 分類 舉例 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 氮化硅(Si3N4)陶瓷、碳化硅(SiC)陶瓷 生物陶瓷 氧化鋁(Al2O3)陶瓷、氧化鋯(ZrO2)陶瓷 壓電陶瓷 以鈦酸鋇(BaTiO3)和鈦酸鉛(PbTiO3)等為主要成分 1．下列關(guān)于硅及硅的化合物的敘述中正確的是(D) A．粗硅制備時，發(fā)生的反應(yīng)為：C＋SiO2Si＋CO2↑ B．硅元素在地殼中的含量居第二位，自然界中既有游離態(tài)的硅，又有化合態(tài)的硅 C．水晶項鏈和瓷盤都是硅酸鹽產(chǎn)品 D．二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維

7、的重要原料 解析：制備粗硅反應(yīng)產(chǎn)物為CO，不是CO2，A錯誤。自然界中無游離態(tài)的硅，只有化合態(tài)，B錯誤。水晶項鏈的成分主要是SiO2，C錯。 2．下列說法正確的是(B) A．單質(zhì)硅能在空氣中穩(wěn)定存在 B．玻璃窯中出來的氣體的主要成分是二氧化碳 C．二氧化硅可用作半導(dǎo)體材料 D．SiO2不能與水反應(yīng)生成H2SiO3，所以SiO2不是酸性氧化物 解析：硅可與氧氣在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，單質(zhì)硅不能在空氣中穩(wěn)定存在；硅可用作半導(dǎo)體材料；SiO2與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3和水，SiO2是酸性氧化物。 　　　　　 　　　　　 　　 　　　　 3．在一定條件下，下列物質(zhì)不能和SiO

8、2反應(yīng)的是(D) ①焦炭　②純堿　③碳酸鈣?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸} A．③⑤⑦ B．⑤⑦ C．①⑤ D．⑤ 解析：常溫下SiO2與NaOH、HF反應(yīng)，加熱高溫時與C、CaCO3、Na2CO3、CaO反應(yīng)。 　 1．關(guān)于硅的下列說法中，不正確的是(C) A．硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體 B．硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料 C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng) D．加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氯氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng) 解析：硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體；單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕

9、緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料；在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除能與F2、HF、強(qiáng)堿反應(yīng)外，硅不易跟其他物質(zhì)反應(yīng)，但在加熱條件下，硅能與一些非金屬如氧氣、氯氣等反應(yīng)。 2．在一定條件下，下列物質(zhì)與硅、二氧化硅均不反應(yīng)的是(B) A．氫氟酸 B．濃硫酸 C．燒堿 D．氟氣 3．(雙選)將過量CO2通入下列溶液中，能產(chǎn)生沉淀的是(CD) A．FeCl3溶液 B．Ba(OH)2溶液 C．Na2CO3飽和溶液 D．Na2SiO3水溶液 解析：CO2與FeCl3溶液不反應(yīng)；CO2通入Ba(OH)2溶液中先生成BaCO3沉淀，繼續(xù)通入CO2，BaCO3轉(zhuǎn)化為溶于水

10、的Ba(HCO3)2。CO2通入飽和Na2CO3溶液中，生成NaHCO3，因溶解度S(Na2CO3)＞S(NaHCO3)且反應(yīng)消耗水，則有NaHCO3析出。CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀。 4．下列變化不能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是(B) ①Cu→CuSO4?、赟O2→H2SO3?、跾iO2→H2SiO3 ④SiO2→Si?、軳a2CO3→Na2SiO3?、轘→SO3 A. ①③⑥ B．③⑥ C．①④⑤ D．②③⑤⑥ 解析：SiO2不能與水反應(yīng)生成H2SiO3；S在氧氣中燃燒生成二氧化硫，不能直接得到SO3。 5．下列試劑保存方法正確的是(C) A．氫

11、氟酸存放在帶有橡皮塞的棕色玻璃瓶中 B．溴水放在帶橡膠塞的試劑瓶中 C．濃硝酸保存在磨口玻璃塞棕色試劑瓶中，并置于陰涼處 D．苛性鈉溶液保存在磨口玻璃塞的試劑瓶中 解析：氫氟酸腐蝕玻璃；溴水應(yīng)放在帶玻璃塞的試劑瓶中；苛性鈉溶液保存在帶橡膠塞的試劑瓶中。 6．下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法中不正確的是(D) A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指：玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料 B．新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，具有極大強(qiáng)度 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)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽 解析：新型

12、無機(jī)非金屬材料不但克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料易碎、強(qiáng)度不夠等缺點(diǎn)，并且具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能；新型無機(jī)非金屬材料的主要成分并不是硅酸鹽，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。 7．如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))。將所選答案的編號填在表中相應(yīng)的空格內(nèi)( 如果不需要外加試劑，則對應(yīng)答案欄可空著)。 可供選擇的試劑：A.鹽酸，B.氫氧化鈉溶液，C.氧氣，D.水，E.二氧化碳。 可選用的操作：①水洗，②加熱，③高溫灼燒，④過濾，⑤結(jié)晶。 粉末狀混合物 所選試劑 所選操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2)

13、 (3) SiO2(Fe2O3) (4) SiO2(CaCO3) (5) SiO2(NH4Cl) 解析：根據(jù)二氧化硅不溶于水，可與強(qiáng)堿反應(yīng)，不與酸(氫氟酸除外)反應(yīng)，及受熱不分解，而三氧化二鐵、碳酸鈣能跟鹽酸反應(yīng)，氯化銨受熱能分解等性質(zhì)來解題。除雜過程中所發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式如下： (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O； (3)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O； (4)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O； (5)NH4ClNH3↑＋HCl↑。 注意：(2)中除雜后主要物質(zhì)在

14、溶液中，應(yīng)將其變?yōu)楣腆w。 答案：(1)B　④　(2)D?、堍荨?3)A?、堋?4)A　④　(5)② 8．A、B、C、D、E代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互關(guān)系如圖所示，A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質(zhì)。 請?zhí)羁眨? (1)單質(zhì)A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為________，它的最高價為________。 (2)B的化學(xué)式(分子式)為________，B和碳反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。 (3)C的化學(xué)式(分子式)為________，D的

15、化學(xué)式(分子式)為________。 解析：由A為地殼中含量僅次于氧的非金屬單質(zhì)，推知A為硅單質(zhì)。根據(jù)“BSi＋E”，“BC”，“BD＋H2O”推知B為SiO2，C為CaSiO3，D為Na2SiO3。 答案：(1)　 ＋4價 (2)SiO2　SiO2＋2C Si＋2CO↑ (3)CaSiO3　Na2SiO3 9．證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正確方法是(D) A．加入過量鹽酸，觀察是否有氣泡產(chǎn)生 B．加入過量燒堿溶液，觀察是否有固體溶解 C．加熱至高溫，觀察是否有氣體產(chǎn)生，是否有硅酸鈣生成 D．先加入過量鹽酸攪拌，觀察是否有不溶物剩余及氣泡出現(xiàn)，若有不溶物則

16、濾出，投入到NaOH溶液中看其是否溶解 解析：證明生石灰中既混有石英，又混有石灰石，可利用石灰石能溶于鹽酸且產(chǎn)生氣泡，而石英不溶于鹽酸而溶于強(qiáng)堿溶液的性質(zhì)檢驗，加入過量鹽酸，若有氣泡產(chǎn)生證明有石灰石，若固體完全溶解則無石英，若固體有剩余，且剩余固體能溶于NaOH溶液則證明有石英。 10．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上普遍采用高純度硅與純氮在1 300℃反應(yīng)獲得，請回答下列問題。 (1)根據(jù)性質(zhì)推測氮化硅的用途________； A．制汽輪機(jī)葉片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制柴油機(jī) (2)氮化硅陶瓷抗腐蝕

17、能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它跟其他無機(jī)酸不反應(yīng)，試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式 _______________________________________________________ ________________________________________________________________________； (3)用四氯化硅在氫氣中與氮?dú)夥磻?yīng)(加強(qiáng)熱)可制得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)材料，是一種超硬材料，性質(zhì)決定用途，因此(1)中A、C、D都是氮化硅的用途。(2)(3)方程式的書寫抓住原子守恒，把主要生成物的化學(xué)式寫好，其他生成物便可順利寫出。 答案：(1)ACD (2)Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F (3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl