2018年高中化學(xué) 第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 課題1 無(wú)機(jī)非金屬材料教學(xué)案 新人教版選修2.doc

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課題1無(wú)機(jī)非金屬材料 傳統(tǒng)硅酸鹽材料 [自讀教材夯基礎(chǔ)] 1．傳統(tǒng)硅酸鹽材料概述 (1)生產(chǎn)原料：黏土、石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石等。 (2)結(jié)構(gòu)：一般都含有[SiO4]4－。 (3)共性：大多具有穩(wěn)定性強(qiáng)、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn)。 2．陶瓷 (1)制備原料：黏土、水、彩釉。 (2)條件：高溫?zé)Y(jié)。 (3)種類：土器、炻器、瓷器等。 (4)性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等。 3．玻璃 (1)生產(chǎn)原料：石英砂、石灰石、純堿。 (2)主要成分：Na2SiO3和CaSiO3。 (3)反應(yīng)原理： Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2 CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2　 (4)特種玻璃： 品種主要有：石英玻璃、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、鋼化玻璃等。 4．水泥 (1)原料：石灰石、黏土和輔助原料(如石膏等)。 (2)主要成分：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3、4CaOAl2O3Fe2O3等。 (3)性質(zhì)：在空氣和水中逐漸硬化。 (4)用途：作建筑材料，制成水泥砂漿或混凝土。 [跟隨名師解疑難] (1)陶釉料中主要含有一些金屬及金屬氧化物，如紅色Cu2O。 (2)玻璃沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。在軟化狀態(tài)時(shí)，可以被吹成各種形狀的玻璃制品。 (3)石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥的硬化速度。 (4)水泥的主要成分常用氧化物的形式表示，但水泥的主要成分是硅酸鹽、鋁酸鹽，而不是氧化物。 (5)水泥吸水能力強(qiáng)，儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中注意防水、防潮。 [剖析典例探技法] [例1]　下列有關(guān)傳統(tǒng)硅酸鹽材料的說(shuō)法不正確的是(　　) A．生產(chǎn)普通玻璃和普通水泥的原料中都含有石灰石 B．玻璃加熱熔化時(shí)有固定的熔點(diǎn) C．生產(chǎn)陶瓷的原料主要為硅酸鹽 D．玻璃的成分中含有SiO2，不能用帶磨砂玻璃塞的試劑瓶盛放燒堿 [名師解析]　生產(chǎn)玻璃的主要原料是石英砂、石灰石和純堿，生成水泥的主要原料是石灰石和黏土，生產(chǎn)陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分是Al2O32SiO22H2O，為硅酸鹽。玻璃不是晶體，在熔化時(shí)沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。SiO2能與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3，使瓶塞與瓶口粘在一起。 [答案]　B [名師點(diǎn)睛] 磨砂處理后的玻璃，在常溫下極易被強(qiáng)堿或強(qiáng)堿性物質(zhì)腐蝕。未磨砂處理的玻璃在常溫下耐堿，在高溫下不耐堿。因此常溫下盛裝NaOH等強(qiáng)堿溶液可用玻璃瓶，但不能用磨砂玻璃塞；加熱熔化NaOH等強(qiáng)堿固體時(shí)，不能用玻璃試管或瓷坩堝，通常用鐵坩堝。 新型無(wú)機(jī)非金屬材料 [自讀教材夯基礎(chǔ)] 1．新型陶瓷 (1)碳化硅(SiC)：又稱金剛砂，結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度大、耐高溫，可作航天器的涂層材料。工業(yè)上制備碳化硅的化學(xué)方程式為SiO2＋3CSiC＋2CO↑。 (2)氮化硅熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，它的制造方法有多種，可以將高純硅與純氮?dú)饣旌?，? 300 ℃條件下反應(yīng)制得，化學(xué)方程式為3Si＋2N2Si3N4；也可以用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃獗Ｗo(hù)下反應(yīng)制得，化學(xué)方程式為3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。 2．單晶硅 硅是目前半導(dǎo)體工業(yè)最重要的基礎(chǔ)材料，其導(dǎo)電特性對(duì)雜質(zhì)十分敏感，必須首先制備高純度的硅。高純度硅制備的主要反應(yīng)： (1)SiO2＋2CSi＋2CO。 (2)Si＋3HClSiHCl3＋H2。 (3)SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 3．石墨、金剛石和C60 (1)金剛石的制備方法： ①石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的生產(chǎn)條件：1 300～1 400 ℃、6106～7106kPa、Fe、Co、Ni等作催化劑。 ②化學(xué)氣相沉積法制造金剛石薄膜。 原理：CH4C(金剛石)＋2H2。 (2)C60可能成為新型貯氫材料。 (3)K3C60具有超導(dǎo)性，可開(kāi)發(fā)出高溫超導(dǎo)材料。 (4)碳納米管具有更大的韌性。 [跟隨名師解疑難] (1)新型無(wú)機(jī)非金屬材料的性能： ①能承受高溫，強(qiáng)度高，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷； ②具有光學(xué)特性，如光導(dǎo)纖維(成分為SiO2)； ③具有電學(xué)特性，如K3C60超導(dǎo)體； ④具有生物功能，如Ca3(PO4)2系陶瓷。 (2)石墨、金剛石和C60的比較(結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途)： 物質(zhì) 金剛石 石墨 C60 晶體結(jié)構(gòu) 正四面體、空間網(wǎng)狀的原子晶體，鍵與鍵之間夾角為10928′ 同一平面成正六邊形結(jié)構(gòu)，層間以范德華力相結(jié)合 籠狀結(jié)構(gòu)，形似足球，分子晶體 主要性質(zhì) 熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，硬度大，難溶于溶劑，不能導(dǎo)電 熔點(diǎn)很高，質(zhì)軟，有滑膩感，是電的良導(dǎo)體 易與金屬摻雜形成超導(dǎo)體 主要用途 鉆具、裝飾品 潤(rùn)滑劑、電極、鉛筆芯、耐火材料 潤(rùn)滑劑，耐熱防火材料 [剖析典例探技法] [例2]　下列對(duì)材料的特性及用途的敘述不正確的是(　　) A．氧化鋁陶瓷具有兩性，因此可用來(lái)制造人造牙齒 B．氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用于制造柴油機(jī)部件 C．光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，是非常好的通訊材料 D．人造金剛石硬度高，可用于制造研磨材料 [名師解析]　本題以新型無(wú)機(jī)非金屬材料為題材著重考查了性質(zhì)決定用途這一原則。氧化鋁陶瓷用來(lái)制造人造牙齒的原因是它具有很高的硬度及具有良好的生物相容性而不是由于其兩性。氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，所以用于制造柴油機(jī)部件時(shí)不需要冷卻，損失的能量小。光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，在通訊時(shí)用于傳導(dǎo)光信號(hào)。目前工業(yè)上作為研磨材料使用的主要是人造金剛石。 [答案]　A [名師點(diǎn)睛]　 (1)新型陶瓷材料從化學(xué)組成上來(lái)看已經(jīng)不屬于傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷材料了，只是它們多數(shù)也具有一般硅酸鹽材料的耐高溫、強(qiáng)度高、耐腐蝕的特性，并且從外觀上與傳統(tǒng)的硅酸鹽陶瓷一樣不具有金屬光澤，都屬于脆性材料，容易碎裂等。 (2)廣義上陶瓷是用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無(wú)機(jī)非金屬固體材料和制品的通稱，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的廣義定義來(lái)看仍然屬于陶瓷材料。 無(wú)機(jī)非金屬材料 (1)硅酸鹽組成的表示方法：由于硅酸鹽的種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表示它們的組成較復(fù)雜，除簡(jiǎn)單的硅酸鹽(如Na2SiO3等)用鹽的形式表示外，絕大多數(shù)常用二氧化硅和金屬氧化物的形式來(lái)表示。把硅酸鹽由鹽的書寫形式改寫為氧化物的形式是xMOnSiO2mH2O[如果有(OH)n時(shí)]，其中MO表示金屬氧化物，x、n、m均由組成中有關(guān)原子的個(gè)數(shù)決定。 復(fù)雜硅酸鹽改寫成氧化物的順序?yàn)閴A性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物、水，一定要記住改寫后氧化物的排列順序。 (2)理解新型無(wú)機(jī)非金屬材料須注意以下幾點(diǎn)： ①新型無(wú)機(jī)非金屬材料屬于無(wú)機(jī)物； ②新型無(wú)機(jī)非金屬材料是高科技產(chǎn)品； ③新型無(wú)機(jī)非金屬材料具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能。 1．下列說(shuō)法中，正確的是(　　) A．傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料具有抗腐蝕性、耐高溫等許多優(yōu)點(diǎn)，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊的缺點(diǎn) B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料繼承了傳統(tǒng)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)，但不能耐高溫 C．新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為絕緣體，但都不能作為半導(dǎo)體 D．新型無(wú)機(jī)非金屬材料都能透過(guò)可見(jiàn)光 解析：新型無(wú)機(jī)非金屬材料有的可以耐高溫(如氮化硅)；用硅可以制作半導(dǎo)體材料；并不是所有的無(wú)機(jī)非金屬材料都可透光。 答案：A 2．下列屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性的是(　　) ①能承受高溫、強(qiáng)度高?、诰哂须妼W(xué)特性?、劬哂泄鈱W(xué)特性?、芫哂猩锕δ堋、菘伤苄院? A．①　　　　　　　　 B．①② C．①②③⑤ D．①②③④ 解析：新型無(wú)機(jī)非金屬材料具有耐高溫、強(qiáng)度高，具有電學(xué)特性、光學(xué)特性和生物功能的性質(zhì)。 答案：D 3．石英砂和焦炭在高溫電爐中可合成金剛砂，已知其和金剛石有類似的晶體結(jié)構(gòu)，只不過(guò)和碳原子相連接的是硅原子，和硅原子相連接的是碳原子，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A．金剛砂的化學(xué)式為SiC B．金剛砂的硬度很大 C．金剛砂的熔點(diǎn)比晶體硅要高 D．反應(yīng)方程式為SiO2＋2CSiC＋CO2↑ 解析：反應(yīng)方程式為3C＋SiO2SiC＋2CO↑，故D不正確。 答案：D 4．我國(guó)科學(xué)家前不久成功合成3 nm長(zhǎng)的管狀碳納米管，長(zhǎng)度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度(抵抗變形的能力)高、密度小(只有鋼的1/4)、熔點(diǎn)高，化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此被稱為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說(shuō)法中不正確的是(　　) A．它是制造飛機(jī)的理想材料 B．它的主要組成元素是碳元素 C．它的結(jié)構(gòu)與石墨不同 D．碳纖維是一種高分子化合物 解析：碳纖維是碳元素形成的單質(zhì)，不是高分子化合物。 答案：D 5．新型陶瓷因具有光、電、磁、生物和化學(xué)等新的特性和功能，越來(lái)越受到人們的青睞。 (1)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)上曾普遍采用高純度硅與純氮在1 300 ℃反應(yīng)獲得。 ①根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是______(填序號(hào))。 A．制汽輪機(jī)葉片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造柴油機(jī) ②寫出N的原子結(jié)構(gòu)示意圖：__________________，根據(jù)元素周期律知識(shí)，請(qǐng)寫出氮化硅的化學(xué)式：___________。 ③氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)。試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式： _______________________________________________。 ④現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________________。 (2)磷酸鈣是陶瓷，也是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，它可用于制成人造骨骼，這是利用了這類材料的(　　) A．耐高溫的特性 B．電學(xué)特性 C．光學(xué)特性 D．生物功能 解析：(1)根據(jù)N和Si的原子結(jié)構(gòu)及其元素周期律的知識(shí)，可判斷氮元素非金屬性比硅強(qiáng)，故N顯負(fù)價(jià)(－3)，Si顯正價(jià)(＋4)，由此可寫出氮化硅的化學(xué)式Si3N4。 (2)根據(jù)新型無(wú)機(jī)非金屬材料的四種特性及其應(yīng)用進(jìn)行判斷。植入的陶瓷和人體組織有很好的親和性，在體內(nèi)能長(zhǎng)期發(fā)揮功能。 答案：(1)①ACD　　?、凇i3N4 ③Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F ④3SiCl4＋2N2＋6H2強(qiáng)熱,Si3N4＋12HCl (2)D [高考感悟] 1．(江蘇高考)下列物質(zhì)性質(zhì)與應(yīng)用對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是(　　) A．晶體硅熔點(diǎn)高硬度大，可用于制作半導(dǎo)體材料 B．氫氧化鋁具有弱堿性，可用于制胃酸中和劑 C．漂白粉在空氣中不穩(wěn)定，可用于漂白紙張 D．氧化鐵能與酸反應(yīng)，可用于制作紅色涂料 解析：晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣之間，所以用作半導(dǎo)體材料，A項(xiàng)錯(cuò)誤；氫氧化鋁具有弱堿性，能中和過(guò)量的胃酸，B項(xiàng)正確；漂白紙張利用的是次氯酸鈣的強(qiáng)氧化性，不是不穩(wěn)定性，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氧化鐵是紅棕色固體，可用于制作紅色涂料，跟它能與酸反應(yīng)沒(méi)有關(guān)系，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 2．(山東基本能力測(cè)試)美麗的大自然蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源。鉆石是經(jīng)過(guò)琢磨的金剛石，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．金剛石比石墨的硬度高 B．金剛石是一種金屬單質(zhì) C．金剛石是可再生資源 D．在金剛石被琢磨成鉆石的過(guò)程中，金剛石發(fā)生了化學(xué)變化 解析：金剛石是碳元素形成的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的非金屬單質(zhì)，其硬度比石墨高。金剛石屬于不可再生資源，在金剛石被琢磨成鉆石的過(guò)程中，只有化學(xué)鍵的斷裂，沒(méi)有化學(xué)鍵的生成，不屬于化學(xué)變化。 答案：A 3．(海南高考)硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開(kāi)發(fā)由來(lái)已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時(shí)，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是________。 (2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有________。 (3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下： 發(fā)生的主要反應(yīng) 電弧爐 SiO2＋2CSi＋2CO↑ 流化床反應(yīng)器 Si＋3HClSiHCl3＋H2 還原爐 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________；碳化硅又稱________，其晶體結(jié)構(gòu)與________相似。 ②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和________。 物質(zhì) Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸點(diǎn)/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9 ③SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為_(kāi)_______。 (4)氯堿工業(yè)可為上述工藝生產(chǎn)提供部分原料，這些原料是________。 解析：大多為常見(jiàn)知識(shí)考查。(3)比較SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸點(diǎn)，可得常溫下SiHCl3、SiCl4為液體、SiH2Cl2、SiH3Cl為氣體，沉降除去產(chǎn)物中的固體后，冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液體，用蒸餾可分離二者。 答案：(1)含有硅、碳的鐵合金(或硅鐵) (2)石英砂、純堿和石灰石(3)①SiO2＋3CSiC＋2CO↑　金剛砂　金剛石(或單晶硅)　②精餾(或蒸餾)?、跦4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl　(4)H2、HCl [課時(shí)跟蹤訓(xùn)練] 一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分) 1．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品 B．水晶、瑪瑙、光纖、硅膠的主要成分都是SiO2 C．SiO2很穩(wěn)定，與所有的酸都不反應(yīng) D．將石棉(CaMg3Si4O12)化學(xué)式改寫成氧化物的形式為3(MgOCaO)4SiO2 解析：水晶、瑪瑙、光纖的主要成分都是SiO2，硅膠的主要成分為SiO2xH2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤。SiO2可與氫氟酸反應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。石棉改寫成氧化物的形式為CaO3MgO4SiO2，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：A 2．[雙選題]下列屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是(　　) A．高強(qiáng)度水泥　　　　　　 B．鋼化玻璃 C．氧化鋁陶瓷 D．光導(dǎo)纖維 解析：玻璃、水泥和陶瓷都屬于傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品，氧化鋁陶瓷有很高的熔點(diǎn)和硬度，屬于新型陶瓷。 答案：CD 3．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的C60是一種新的分子，它是空心的，具有類似足球的結(jié)構(gòu)，被稱為“分子足球”；最近日本科學(xué)家確認(rèn)世界上還存在一種“分子足球N60”，它與C60的結(jié)構(gòu)相似，而且在高溫或機(jī)械撞擊后，其中積蓄的巨大能量會(huì)在一瞬間釋放出來(lái)。對(duì)于N60，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．N60是化合物，不是單質(zhì) B．N60與14N都是氮的同位素 C．N60沒(méi)有同素異形體 D．N60的發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了能源世界的新天地，N60將會(huì)成為較好的火箭燃料 解析：N60是同種元素形成的純凈物，是單質(zhì)不是化合物，A項(xiàng)不正確。同位素的概念適用對(duì)象為原子，而N60為分子，故B項(xiàng)錯(cuò)誤。同素異形體是指由同種元素形成的不同單質(zhì)，N元素除了以N60形式存在外，更多、更普遍的存在形式是N2，即N60與N2是同素異形體。題干最后一句所提供的信息，說(shuō)明N60可以提供大量能量，D正確。 答案：D 4．高溫下發(fā)生反應(yīng)SiO2＋3CSiC＋2CO↑，其中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為(　　) A．1∶3 B．5∶3 C．1∶2 D．2∶1 解析：在反應(yīng)中碳既作氧化劑又作還原劑，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律可知，氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1∶2。 答案：C 5．下列敘述正確的是(　　) ①普通水泥的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣 ②制造普通玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂 ③陶瓷的種類很多，主要分為土器、瓷器和炻器等 ④高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷和壓電陶瓷都屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料 ⑤硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性決定了硅酸鹽材料大多具有穩(wěn)定性、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn) ⑥水泥砂漿又稱混凝土 A．①②③⑥ B．①③④⑤ C．①②③④⑤ D．②③④⑥ 解析：水泥砂漿是水、水泥、沙子的混合物，在建筑上用作黏合劑；混凝土是水泥、沙子和碎石等的混合物，大量用于建筑、道路等工程中，⑥說(shuō)法錯(cuò)誤。 答案：C 6．根據(jù)水泥、玻璃和陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程，總結(jié)出硅酸鹽工業(yè)的一般特點(diǎn)是(　　) ①原料一定是含硅元素的物質(zhì)?、谏晌锸枪杷猁} ③反應(yīng)條件是高溫?、馨l(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 A．①和② B．①②③ C．①③④ D．①②③④ 解析：硅酸鹽工業(yè)包括水泥、玻璃和陶瓷的制取等。這些工業(yè)的特點(diǎn)為需要用含硅的物質(zhì)作原料，均需在高溫條件下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。 答案：D 7．氮化硅(Si3N4)是一種具有耐高溫等優(yōu)異性能的新型陶瓷，工業(yè)上可用下列方法制取：3SiO2＋6C＋2N2高溫,Si3N4＋6CO，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．氮化硅性質(zhì)活潑，易與其他物質(zhì)反應(yīng) B．氮化硅中氮元素的化合價(jià)為－3 C．上述反應(yīng)中，N2是還原劑，SiO2是氧化劑 D．上述反應(yīng)中，每生成1 mol Si3N4，N2得到6 mol電子 解析：由Si3N4耐高溫可知其性質(zhì)穩(wěn)定，A不正確。N元素的非金屬性強(qiáng)于Si，故在Si3N4中N元素的化合價(jià)為－3價(jià)，B項(xiàng)正確。由題給方程式可知，N2是氧化劑，C是還原劑，SiO2既不是氧化劑又不是還原劑，C不正確。在上述反應(yīng)中，每生成1 mol Si3N4，N2得到12 mol電子，D不正確。 答案：B 8．四氯化硅還原法是當(dāng)前制備較高純度硅的一種方法，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiCl4(g)＋2H2(g)高溫,Si(s)＋4HCl(g)。下列說(shuō)法合理的是(　　) A．光導(dǎo)纖維的主要成分是硅單質(zhì) B．減小壓強(qiáng)有利于加快化學(xué)反應(yīng)速率 C．高溫下，氫氣的還原性強(qiáng)于硅 D．混入少量空氣對(duì)上述反應(yīng)無(wú)影響 解析：光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，A不正確。減小壓強(qiáng)會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率減小，B不正確。在高溫下硅能與空氣中的O2發(fā)生反應(yīng)，影響生成物的純度，D不正確。 答案：C 9．下列關(guān)于無(wú)機(jī)非金屬材料的說(shuō)法中正確的是(　　) A．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指：光導(dǎo)纖維、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料 B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差 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(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽 解析：A項(xiàng)中光導(dǎo)纖維是新型無(wú)機(jī)非金屬材料；B項(xiàng)中強(qiáng)度比較差是錯(cuò)誤的；D項(xiàng)中新型無(wú)機(jī)非金屬材料中的光導(dǎo)纖維、單晶硅等其主要成分都不是硅酸鹽。 答案：C 10．在高新技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，陶瓷材料被稱為“支撐未來(lái)高新技術(shù)的尖端材料”，廣泛應(yīng)用在航空、航天、信息、醫(yī)療、交通運(yùn)輸?shù)仍S多領(lǐng)域。下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．新型陶瓷材料和傳統(tǒng)陶瓷材料都是硅酸鹽材料 B．新型陶瓷材料又叫精細(xì)陶瓷或高性能陶瓷 C．制造新型陶瓷制品的原料以天然礦物為主 D．現(xiàn)在已經(jīng)制造出的新型陶瓷材料大都性能優(yōu)異，具有很好的延性和超塑性 解析：新型陶瓷材料的化學(xué)組成已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出硅酸鹽的范圍，不再是傳統(tǒng)的硅酸鹽材料，A不正確。制造新型陶瓷制品所用的原料已從天然礦物發(fā)展為人工合成的超細(xì)、高純的化工原料，C不正確。目前，人們制造的許多新型陶瓷材料，雖然性能優(yōu)異，但仍然屬于脆性材料，延性不好，D不正確。 答案：B 二、非選擇題(本題包括4小題，共50分) 11．(10分)獲取知識(shí)和信息是現(xiàn)代人不可缺少的能力，信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展離不開(kāi)材料科學(xué)的推動(dòng)。 (1)光導(dǎo)纖維是一種高質(zhì)量傳導(dǎo)光的玻璃纖維，利用光纜通訊，能同時(shí)傳輸大量信息。制造光纖電纜的主要原材料的化學(xué)式是________，它屬于________材料。 信息產(chǎn)業(yè)的核心材料是高純度的硅，高純度的單晶硅生產(chǎn)方法之一：SiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)Si超純硅(多晶硅)―→單晶硅 用得較多的另一種方法(之二)是：用金屬硅化物(Mg2Si)與鹽酸作用得硅烷(SiH4)，再加熱分解得高純硅。 單晶硅可用來(lái)制作大規(guī)模集成電路、整流器等，硅純度越高，大規(guī)模集成電路的性能就越好。 根據(jù)上述信息回答以下問(wèn)題： (2)從方法一生產(chǎn)單晶硅的過(guò)程看，由碳還原得到的硅為何還要進(jìn)一步處理？ (3)寫出方法二中生產(chǎn)高純硅的兩個(gè)化學(xué)方程式： ________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 解析：本題考查了硅、二氧化硅的性質(zhì)、用途。光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，屬于(新型)無(wú)機(jī)非金屬材料。由題信息，硅是越純?cè)胶茫商歼€原得到的是粗硅，需要提純。 答案：(1)SiO2　(新型)無(wú)機(jī)非金屬 (2)由碳還原SiO2得到的單質(zhì)硅中，雜質(zhì)含量過(guò)高，將它用HCl處理得到低沸點(diǎn)的SiHCl3，便于蒸發(fā)提純，然后再還原得到高純硅。 (3)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑ SiH4Si＋2H2 12．(10分)工業(yè)生產(chǎn)中，利用不同原料或添加不同的化學(xué)物質(zhì)，以及采用不同的工藝過(guò)程等，可制得多種性能、用途的玻璃。 (1)普通玻璃制造過(guò)程所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要是_______________________________， ________________________________________________________________________。 (2)現(xiàn)有三種物質(zhì)：a.含有鉀、鉛的原料，b.B2O3，c.某些金屬氧化物或鹽。 ①制造化學(xué)儀器的玻璃需加入的物質(zhì)是__________。(填編號(hào)，下同) ②制造光學(xué)儀器的玻璃需加入的物質(zhì)是________。 ③制造顏色不同的玻璃需加入的物質(zhì)是________。 (3)與普通玻璃相比具有相同組成的是________。 A．鋼化玻璃 B．光學(xué)儀器玻璃 C．石英玻璃 D．有色玻璃 解析：(2)加入含鉀、鉛的原料可用來(lái)制造光學(xué)玻璃；加入B2O3制成的玻璃耐化學(xué)腐蝕、耐溫度急劇變化，可用于制造化學(xué)儀器；加入一些金屬氧化物或鹽可以得到不同顏色的玻璃。 (3)鋼化玻璃是將普通玻璃加熱軟化后急速冷卻得到的。 答案：(1)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2 CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2 (2)①b?、赼?、踓　(3)A 13．(12分)X是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊性。有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程如下： 為了確定C的組成，某同學(xué)進(jìn)行了以下的探究過(guò)程。已知F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可做光導(dǎo)纖維。 按要求回答下列問(wèn)題： (1)C的化學(xué)式為_(kāi)_____________；X的化學(xué)式為_(kāi)_________________。 (2)寫出下列方程式： 反應(yīng)②的化學(xué)方程式____________________________________________________； 反應(yīng)⑦的離子方程式____________________________________________________。 解析：由I可做光導(dǎo)纖維，可知I為SiO2，遞推可知F為H2SiO3，H為Na2SiO3；由F、G都是難溶于水和稀硝酸的白色沉淀結(jié)合框圖可知G為AgCl，進(jìn)而可以確定C為SiCl4，結(jié)合X的性質(zhì)最終確定X為Si3N4。 答案：(1)SiCl4　Si3N4 (2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3＋2HCO 14．(18分)高純度單晶硅是典型的無(wú)機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場(chǎng)“革命”。這種材料可以按下列方法制備： SiO2Si(粗)SiHCl3Si(純) (已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。) (1)寫出步驟a的化學(xué)方程式：_____________________。此反應(yīng)不能證明C的非金屬性比Si強(qiáng)，請(qǐng)你用一個(gè)化學(xué)方程式來(lái)說(shuō)明C的非金屬性比Si強(qiáng)的事實(shí)：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)步驟b經(jīng)過(guò)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)—84.7 ℃)，提純SiHCl3的主要化學(xué)操作的名稱是_____________。 (3)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)： ①裝置B中的試劑________，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_____________ ________________________________________________________________________。 ②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是__________________________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及________________________________________________________________________。 ④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，需再加入的試劑(填寫字母代號(hào))是________。 a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液　e．Na2SO3溶液 解析：(1)利用碳酸的酸性比硅酸的酸性強(qiáng)可證明C的非金屬性比Si強(qiáng)。 (2)利用兩種液體的沸點(diǎn)不同，因此提純SiHCl3的操作的名稱為蒸餾(或分餾)。(3)根據(jù)題干“SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中自燃”可知道H2的作用之一就是排盡裝置內(nèi)空氣，防止SiHCl3自燃，B的作用就是干燥H2，所以選用濃H2SO4。由于通入D中應(yīng)是穩(wěn)定的SiHCl3與過(guò)量H2的氣流，所以C裝置要水浴加熱。由D裝置應(yīng)加熱到1 000～1 100 ℃，所以必須用耐高溫的石英管。鑒定是否含鐵單質(zhì)，可用氯水溶解后再用KSCN溶液檢驗(yàn)。 答案：(1)SiO2＋2C高溫,Si＋2CO↑ Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3 (2)蒸餾(或分餾) (3)①濃硫酸　使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化 ②有固體物質(zhì)生成　在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會(huì)軟化 SiHCl3＋H2300 ℃,Si＋3HCl ③排盡裝置中的空氣?、躡d