搜索
-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第三节无机非金属材料[明确学习目标]1.知道常见的硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷及生产它们的主要原料。2.了解高纯硅的制备原理。知道硅和二氧化硅的用途。3.知道一些新型的无机非金属材料硅和二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料等。学生自主学习硅酸盐材料1．无机非金属材料多含有□01硅、□02氧等元素，具有□03耐高温、□04抗腐蚀、□05硬度高等特点，以及特殊的□06光学、□07电学等性能。2．硅酸盐材料主要包括□08陶瓷、□09玻璃、□10水泥等。3．在硅酸盐中，Si和O构成了□11硅氧四面体，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。4．下列硅酸盐材料的主要原料分别是：陶瓷：□12黏土；玻璃：□13纯碱、石灰石、石英砂；水泥：□14黏土和石灰石。新型无机非金属材料1．硅元素在周期表中的位置为：□01第三周期、第ⅣA族，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的□02半导体材料。高纯硅的制备原理为：□03SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑；□04Si＋3HCl=====△SiHCl3＋H2；□05SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl。高纯硅可用于生产计算机芯片和硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤维。2．常见的新型陶瓷有：□06高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。碳化硅——俗称□07金刚砂——具有类似□08金刚石结构——硬度很大——可作砂纸、砂轮的磨料。3．碳纳米材料主要包括□09富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。-2-1．单质硅在常温下化学性质稳定，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？为什么？提示：不正确。硅属于亲氧元素，虽然在常温下稳定，但在漫长的地质年代中，硅元素和氧结合在一起，都以化合态存在，主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。2．实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？提示：玻璃中含有SiO2，SiO2与碱反应生成具有黏合作用的硅酸盐，使瓶口和瓶塞黏结在一起而难以开启。课堂互动探究一、二氧化硅1．硅元素的存在2．二氧化硅(1)存在SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是SiO2。(2)结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的正四面体结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个Si原子。-3-(3)物理性质熔点高，硬度大，难溶于水。(4)化学性质(5)用途①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。③石英和玛瑙用来制作饰物和工艺品。④实验室中使用的石英坩埚。二、常见的硅酸盐——Na2SiO3实验探究：硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃。-4-三、硅酸盐氧化物形式的书写硅酸盐由于组成比较复杂，通常用氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：(1)顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水；氧化物之间以“·”隔开。(2)原则：各元素原子总个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成12Na2O·12Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。(3)各元素的化合价不能改变。矿泉水一般是由岩石风化后，被地下水溶解其中的可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO－3＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。①KAlSi3O8_____________________________________________________。②Al2Si2O5(OH)4_________________________________________________。(2)上述反应能够发生的原因是__________________________。[批注点拨]-5-[解析](1)将硅酸盐化学式写成氧化物时，需将氧以外的元素写成同价态的氧化物，并按活动性顺序排列，用“·”将它们连接起来，各种元素原子个数比符合原来的组成。(2)此反应属于酸与盐发生的复分解反应，能发生的原因是酸性：H2CO3H2SiO3。[答案](1)①K2O·Al2O3·6SiO2②Al2O3·2SiO2·2H2O(2)H2CO3的酸性比H2SiO3强[练1]用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是()A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·12SiO2C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．硅酸铜钡(BaCuSi2O6)，表示为BaO·CuO·2SiO2答案D解析A项，Ca(Al2Si3O10)·3H2O应改为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O(排序错)；B项，Mg2SiO4应改为2MgO·SiO2(不能在系数中出现分数)；C项，K2Al6Si6H4O24应改为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(排序错)。[练2]将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液；②浓Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④C．①②③D．②③答案B解析CO2溶于水：CO2＋H22CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3-6-生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量，Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出，故选B。规律方法强酸制弱酸原理强酸可与弱酸盐反应生成相应的弱酸和强酸盐，而弱酸一般不与强酸盐反应。如：(1)2CH3COONa＋H2SO4===2CH3COOH＋Na2SO4;(2)2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋H2O＋CO2↑；(3)Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；(4)CaCl2＋CO2＋H2O不反应。本课归纳总结1.硅酸钠水溶液俗称水玻璃，常用于制备黏合剂、防腐剂和耐火材料。2．传统的无机非金属材料主要有水泥、玻璃和陶瓷。3．硅以化合态存在于自然界中，常用作半导体材料和合金材料。4．石英、水晶、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。5．必记的几个反应(1)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(2)Si＋3HCl=====△SiHCl3＋H2(3)SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl(4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(5)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O学习效果检测1．SiO2属于酸性氧化物的理由主要是()A．硅是非金属元素B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸C．SiO2能与强碱反应生成盐和水D．SiO2不能与酸反应-7-答案C2．在①浓硝酸、②水、③盐酸、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，常温时能与二氧化硅起化学反应的有()A．①②B．②④C．④⑤D．③④答案C3．和空气接触可发生非氧化还原反应的物质是()①Na②Na2SiO3溶液③Na2O2④烧碱溶液⑤石灰水⑥Fe(OH)2A．①③④B．②④⑤C．②③⑥D．①④⑤答案B解析Na在空气中与O2反应生成Na2O；Na2O2在空气中与CO2和H2O均能反应生成O2；Fe(OH)2在空气中与O2和水反应生成Fe(OH)3，以上过程均有元素化合价的变化，是氧化还原反应。4．下列说法正确的是()A．CO2＋H2O＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋Na2CO3，说明酸性：H2CO3H2SiO3B．SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑，说明酸性：H2SiO3H2CO3C．在复分解反应中必须是酸性强的生成酸性弱的D．已知酸性：H2CO3HClOHCO－3，则CO2＋H2O＋2NaClO===Na2CO3＋2HClO答案A解析由于H2CO3能与盐反应生成H2SiO3，则说明H2CO3酸性大于H2SiO3，A正确；在B项中，由于在高温条件下反应，CO2为气体溢出，不能说明酸性强弱；在C项中，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4，此反应为弱酸生成强酸；在D项中由HClOHCO－3，产物应为NaHCO3。5．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中()A．具有玻璃塞的细口瓶B．具有玻璃塞的广口瓶C．带滴管的滴瓶D．具有橡胶塞的细口瓶答案D解析NaOH、KOH等碱性溶液能与玻璃中的SiO2反应生成具有黏性的物质，将瓶塞和瓶口黏结在一起以及液体存放在细口瓶中，固体存放在广口瓶中。6．某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；②Mg在点燃的条件下按质量比8∶5与SiO2反应生成一种白色固体化合物和另一种硅化物；③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH4；-8-④Si和SiO2均不能与稀H2SO4反应；⑤SiH4在空气中自燃。他们的研究报告中记载着“……选用合适的物质在适合的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期的63%左右。”请回答下列问题：(1)该小组“实验室制Si”的化学反应方程式是________________。(2)写出②的反应方程式：______________________________________。(3)该过程中产率比预期低的原因是________________________________。(4)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是什么？请用必要的文字和化学方程式予以说明：_________________。答案(1)2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑(2)SiO2＋4Mg=====点燃2MgO＋Mg2Si(3)部分硅与镁反应生成了硅化镁(4)SiH4能自燃，而有爆鸣声和火花就是由SiH4的自燃引起的，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O解析(1)碳可以在高温下还原SiO2制得Si。反应的化学方程式为2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑。(2)(3)Mg与SiO2反应类似于Mg与CO2的反应，先生成MgO和Si，Si再和Mg反应生成Mg2Si，故可生成MgO和Mg2Si。