2021_2021学年高中化学第四章第1节硅无机非金属材料练习鲁科版必修1.doc

第四章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料1了解硅的物理性质、化学性质。2了解二氧化硅的性质，认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。3了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能和用途。一、单质硅与半导体材料1半导体材料。(1)半导体材料的特点：特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。(2)常见的半导体材料：最早使用的半导体材料是锗(Ge)，现在最广泛使用的半导体材料是硅。2单质硅。(1)硅的存在。在地壳里，硅的含量仅次于氧，全部以化合态存在，主要存在形式为二氧化硅和硅酸盐。(2)物理性质。 单质硅有晶体硅和无定形硅两种。 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间。(3)化学性质。常温下，硅的化学性质不活泼，但在加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应，反应的化学方程式分别为SiO2SiO2，Si2Cl2SiCl4。3硅的制取。用焦炭在电炉中还原可得粗硅，化学方程式为SiO22CSi2CO。4硅的用途。用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等，其合金用于制造变压器铁蕊和耐酸设备等。二、二氧化硅与光导纤维1二氧化硅的存在。二氧化硅广泛存在于自然界中，是沙子、石英的主要成分。纯净的二氧化硅又称水晶。2二氧化硅的物理性质。纯净的二氧化硅晶体无色，熔点高，硬度大，难溶于水。3二氧化硅的结构。SiO2晶体是由Si原子和O原子按12构成的，每个Si原子结合4个O原子每个O原子结合2个Si原子。4二氧化硅的化学性质。(1)具有酸性氧化物的通性。a常温下SiO2与 NaOH溶液反应生成盐和水：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。b高温下SiO2与碱性氧化物(如 CaO)反应生成盐：SiO2 CaOCaSiO3。(2)特性。与氢氟酸(HF)反应：SiO2 4HF=SiF42H2O。5光导纤维。(1)主要成分：SiO2。(2)用途：用于通讯、能量传输、信息处理等，光纤的使用节约了大量的人力、物力、财力，且提高了信号传输效率。三、硅酸盐与无机非金属材料1硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。常见的硅酸盐产品有玻璃、水泥、陶瓷等。2玻璃。(1)制造普通玻璃的主要原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)。(2)制造玻璃的设备为玻璃熔炉。(3)反应的化学方程式为CaCO3SiO2CaSiO3CO2、Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。(4)普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。根据反应SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2能否说明硅酸酸性比碳酸强？答案：不能。酸性强弱的判断应根据水溶液中发生的反应，硅酸酸性比碳酸弱。3水泥。(1)生产原料：石灰石和黏土。(2)普通水泥的主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等。(3)水泥的特点是水泥具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。4陶瓷。(1)生产原料：黏土等天然硅酸盐。(2)分类。陶器：疏松多孔有吸水性，有色、施釉。瓷器：制作时原料纯度较高；烧结温度也较高。因此组织致密，几乎不吸水，色白，耐酸碱侵蚀。四、新型无机非金属材料分类举例高温结构陶瓷氮化硅(Si3N4)陶瓷、碳化硅(SiC)陶瓷生物陶瓷氧化铝(Al2O3)陶瓷、氧化锆(ZrO2)陶瓷压电陶瓷以钛酸钡(BaTiO3)和钛酸铅(PbTiO3)等为主要成分1下列关于硅及硅的化合物的叙述中正确的是(D)A粗硅制备时，发生的反应为：CSiO2SiCO2B硅元素在地壳中的含量居第二位，自然界中既有游离态的硅，又有化合态的硅C水晶项链和瓷盘都是硅酸盐产品D二氧化硅是制造光导纤维的重要原料解析：制备粗硅反应产物为CO，不是CO2，A错误。自然界中无游离态的硅，只有化合态，B错误。水晶项链的成分主要是SiO2，C错。2下列说法正确的是(B)A单质硅能在空气中稳定存在B玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳C二氧化硅可用作半导体材料DSiO2不能与水反应生成H2SiO3，所以SiO2不是酸性氧化物解析：硅可与氧气在一定条件下发生反应，单质硅不能在空气中稳定存在；硅可用作半导体材料；SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和水，SiO2是酸性氧化物。 3在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是(D)焦炭纯碱碳酸钙氢氟酸硝酸氢氧化钾氧化钙A BC D解析：常温下SiO2与NaOH、HF反应，加热高温时与C、CaCO3、Na2CO3、CaO反应。1关于硅的下列说法中，不正确的是(C)A硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性介于导体和绝缘体之间，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加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属单质反应解析：硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体；单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；在常温下，硅的化学性质不活泼，除能与F2、HF、强碱反应外，硅不易跟其他物质反应，但在加热条件下，硅能与一些非金属如氧气、氯气等反应。2在一定条件下，下列物质与硅、二氧化硅均不反应的是(B)A氢氟酸 B浓硫酸C烧碱 D氟气3(双选)将过量CO2通入下列溶液中，能产生沉淀的是(CD)AFeCl3溶液 BBa(OH)2溶液CNa2CO3饱和溶液 DNa2SiO3水溶液解析：CO2与FeCl3溶液不反应；CO2通入Ba(OH)2溶液中先生成BaCO3沉淀，继续通入CO2，BaCO3转化为溶于水的Ba(HCO3)2。CO2通入饱和Na2CO3溶液中，生成NaHCO3，因溶解度S(Na2CO3)S(NaHCO3)且反应消耗水，则有NaHCO3析出。CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀。4下列变化不能通过一步反应实现的是(B)CuCuSO4SO2H2SO3SiO2H2SiO3SiO2SiNa2CO3Na2SiO3SSO3A. BC D解析：SiO2不能与水反应生成H2SiO3；S在氧气中燃烧生成二氧化硫，不能直接得到SO3。5下列试剂保存方法正确的是(C)A氢氟酸存放在带有橡皮塞的棕色玻璃瓶中B溴水放在带橡胶塞的试剂瓶中C浓硝酸保存在磨口玻璃塞棕色试剂瓶中，并置于阴凉处D苛性钠溶液保存在磨口玻璃塞的试剂瓶中解析：氢氟酸腐蚀玻璃；溴水应放在带玻璃塞的试剂瓶中；苛性钠溶液保存在带橡胶塞的试剂瓶中。6下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是(D)A传统无机非金属材料是指：玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，具有极大强度C高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐解析：新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料易碎、强度不够等缺点，并且具有特殊结构、特殊功能；新型无机非金属材料的主要成分并不是硅酸盐，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。7如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填在表中相应的空格内( 如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着)。可供选择的试剂：A.盐酸，B.氢氧化钠溶液，C.氧气，D.水，E.二氧化碳。可选用的操作：水洗，加热，高温灼烧，过滤，结晶。粉末状混合物所选试剂所选操作(1)CaCO3(SiO2)(2)NaCl(SiO2)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(CaCO3)(5)SiO2(NH4Cl)解析：根据二氧化硅不溶于水，可与强碱反应，不与酸(氢氟酸除外)反应，及受热不分解，而三氧化二铁、碳酸钙能跟盐酸反应，氯化铵受热能分解等性质来解题。除杂过程中所发生的反应的化学方程式如下：(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；(3)Fe2O36HCl=2FeCl33H2O；(4)CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O；(5)NH4ClNH3HCl。注意：(2)中除杂后主要物质在溶液中，应将其变为固体。答案：(1)B(2)D(3)A(4)A(5)8A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互关系如图所示，A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。请填空：(1)单质A的原子结构示意图为_，它的最高价为_。(2)B的化学式(分子式)为_，B和碳反应生成A和E的化学方程式是_。(3)C的化学式(分子式)为_，D的化学式(分子式)为_。解析：由A为地壳中含量仅次于氧的非金属单质，推知A为硅单质。根据“BSiE”，“BC”，“BDH2O”推知B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3。答案：(1) 4价 (2)SiO2SiO22C Si2CO(3)CaSiO3Na2SiO39证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是(D)A加入过量盐酸，观察是否有气泡产生B加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解C加热至高温，观察是否有气体产生，是否有硅酸钙生成D先加入过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到NaOH溶液中看其是否溶解解析：证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盐酸且产生气泡，而石英不溶于盐酸而溶于强碱溶液的性质检验，加入过量盐酸，若有气泡产生证明有石灰石，若固体完全溶解则无石英，若固体有剩余，且剩余固体能溶于NaOH溶液则证明有石英。10氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定，工业上普遍采用高纯度硅与纯氮在1 300反应获得，请回答下列问题。(1)根据性质推测氮化硅的用途_；A制汽轮机叶片 B制有色玻璃C制永久性模具 D制柴油机(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它跟其他无机酸不反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式_；(3)用四氯化硅在氢气中与氮气反应(加强热)可制得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为 _。解析：氮化硅是一种重要的结构材料，是一种超硬材料，性质决定用途，因此(1)中A、C、D都是氮化硅的用途。(2)(3)方程式的书写抓住原子守恒，把主要生成物的化学式写好，其他生成物便可顺利写出。答案：(1)ACD(2)Si3N416HF=3SiF44NH4F(3)3SiCl42N26H2Si3N412HCl