2022年高中化學 第四章 第1節(jié) 硅 無機非金屬材料練習 魯科版必修1

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1、2022年高中化學 第四章 第1節(jié) 硅 無機非金屬材料練習 魯科版必修1 1．了解硅的物理性質、化學性質。 2．了解二氧化硅的性質，認識硅、二氧化硅作為無機非金屬材料的特性及其用途。 3．了解硅酸鹽等無機非金屬材料的基本組成、性能和用途。 一、單質硅與半導體材料 1．半導體材料。 (1)半導體材料的特點：特指導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料。 (2)常見的半導體材料：最早使用的半導體材料是鍺(Ge)，現(xiàn)在最廣泛使用的半導體材料是硅。 2．單質硅。 (1)硅的存在。 在地殼里，硅的含量僅次于氧，全部以化合態(tài)存在，主要存在形式為二氧化硅和硅酸鹽。 (2)物理性質。

2、 ①單質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單質硅的導電性介于導體和絕緣體之間。 (3)化學性質。 常溫下，硅的化學性質不活潑，但在加熱條件下和某些非金屬單質(如O2、Cl2)發(fā)生反應，反應的化學方程式分別為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備等。 二、二氧化硅與光導纖維 1．二氧化硅的存在。 二氧化硅廣泛存在于自然界中，是沙

3、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。 純凈的二氧化硅晶體無色，熔點高，硬度大，難溶于水。 3．二氧化硅的結構。 SiO2晶體是由Si原子和O原子按1∶2構成的，每個Si原子結合4個O原子．每個O原子結合2個Si原子。 4．二氧化硅的化學性質。 (1)具有酸性氧化物的通性。 a．常溫下SiO2與 NaOH溶液反應生成鹽和水： SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 b．高溫下SiO2與堿性氧化物(如 CaO)反應生成鹽： SiO2 ＋CaOCaSiO3。 (2)特性。 與氫氟酸(HF)反應： SiO2 ＋4HF===SiF4

4、↑＋2H2O。 5．光導纖維。 (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、硅酸鹽與無機非金屬材料 1．硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機非金屬材料。硅酸鹽制品性質穩(wěn)定，熔點較高，大都難溶于水。常見的硅酸鹽產品有玻璃、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)制造玻璃的設備為玻璃熔爐。 (3)反應的化學方程式為CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑、Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。 (4

5、)普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。 根據反應SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑能否說明硅酸酸性比碳酸強？ 答案：不能。酸性強弱的判斷應根據水溶液中發(fā)生的反應，硅酸酸性比碳酸弱。 3．水泥。 (1)生產原料：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：制作時原料純度較高；燒結溫度也較高。因此組織致密，幾乎不吸水，色白，

6、耐酸堿侵蝕。 四、新型無機非金屬材料 分類 舉例 高溫結構陶瓷 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品 D．二氧化硅是制造光導纖維的重要原料 解析：制備粗硅反應產物為CO，不是CO2，A錯誤。自

7、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體材料 D．SiO2不能與水反應生成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，單質硅不能在空氣中穩(wěn)定存在；硅可用作半導體材料；SiO2與NaOH反應生成Na2SiO3和水，SiO2是酸性氧化物。 　　　　　 　　　　　 　　 　　　　 3．在一定條件下，下列物質不能和SiO2反應的是(D) ①焦炭?、诩儔A?、厶妓徕}　④氫氟酸?、菹跛帷、?/p>

8、氫氧化鉀?、哐趸} A．③⑤⑦ B．⑤⑦ C．①⑤ D．⑤ 解析：常溫下SiO2與NaOH、HF反應，加熱高溫時與C、CaCO3、Na2CO3、CaO反應。 　 1．關于硅的下列說法中，不正確的是(C) A．硅是非金屬元素，它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體 B．硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料 C．硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質反應 D．加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氯氣等非金屬單質反應 解析：硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體；單質硅的導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料；在常溫下，硅的化學性質不活潑，除能與

9、F2、HF、強堿反應外，硅不易跟其他物質反應，但在加熱條件下，硅能與一些非金屬如氧氣、氯氣等反應。 2．在一定條件下，下列物質與硅、二氧化硅均不反應的是(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；CO2通入Ba(OH)2溶液中先生成BaCO3沉淀，繼續(xù)通入CO2，BaCO3轉化為溶于水的Ba(HCO3)2。CO2通入飽和Na2CO3溶液中，生成NaH

10、CO3，因溶解度S(Na2CO3)＞S(NaHCO3)且反應消耗水，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實現(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

11、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．下列關于無機非金屬材料的說法中不正確的是(D) A．傳統(tǒng)無機非金屬材料是指：玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料 B．新型無機非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料的缺點，具有極大強度 C．高溫結構材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點 D．傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽 解析：新型無機非金屬材料不但克服了傳統(tǒng)無機非金屬材料易碎、強度不夠等缺點，并

12、且具有特殊結構、特殊功能；新型無機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(括號內為雜質)。將所選答案的編號填在表中相應的空格內( 如果不需要外加試劑，則對應答案欄可空著)。 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結晶。 粉末狀混合物 所選試劑 所選操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2) (3) SiO2(Fe2O3) (4)

13、 SiO2(CaCO3) (5) SiO2(NH4Cl) 解析：根據二氧化硅不溶于水，可與強堿反應，不與酸(氫氟酸除外)反應，及受熱不分解，而三氧化二鐵、碳酸鈣能跟鹽酸反應，氯化銨受熱能分解等性質來解題。除雜過程中所發(fā)生的反應的化學方程式如下： (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O； (3)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O； (4)CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O； (5)NH4ClNH3↑＋HCl↑。 注意：(2)中除雜后主要物質在溶液中，應將其變?yōu)楣腆w。 答案：(1)B?、堋?2)D?、堍荨?

14、3)A?、堋?4)A?、堋?5)② 8．A、B、C、D、E代表單質或化合物，它們之間的相互關系如圖所示，A為地殼中含量僅次于氧的非金屬元素的單質。 請?zhí)羁眨? (1)單質A的原子結構示意圖為________，它的最高價為________。 (2)B的化學式(分子式)為________，B和碳反應生成A和E的化學方程式是________________________________________________________________________。 (3)C的化學式(分子式)為________，D的化學式(分子式)為________。 解析：由A為地殼中含量僅次

15、于氧的非金屬單質，推知A為硅單質。根據“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

16、石英，又混有石灰石，可利用石灰石能溶于鹽酸且產生氣泡，而石英不溶于鹽酸而溶于強堿溶液的性質檢驗，加入過量鹽酸，若有氣泡產生證明有石灰石，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、熔點高，化學性質穩(wěn)定，工業(yè)上普遍采用高純度硅與純氮在1 300℃反應獲得，請回答下列問題。 (1)根據性質推測氮化硅的用途________； A．制汽輪機葉片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制柴油機 (2)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，它跟其他無機酸不反應，試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕

17、的化學方程式 _______________________________________________________ ________________________________________________________________________； (3)用四氯化硅在氫氣中與氮氣反應(加強熱)可制得較高純度的氮化硅，反應的化學方程式為 ___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：氮化硅是一種重要的結構材料，是一種超硬材料，性質決定用途，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