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1、2022年高中化學(xué) 第四章 第1節(jié) 硅 無(wú)機(jī)非金屬材料練習(xí) 魯科版必修1
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(shí)硅、二氧化硅作為無(wú)機(jī)非金屬材料的特性及其用途。
3.了解硅酸鹽等無(wú)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?jī)H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(zhì)。
2、
①單質(zhì)硅有晶體硅和無(wú)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(yáng)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
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(zhì)。
純凈的二氧化硅晶體無(wú)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(gè)Si原子結(jié)合4個(gè)O原子.每個(gè)O原子結(jié)合2個(gè)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)特性。
與氫氟酸(HF)反應(yīng):
SiO2 +4HF===SiF4
4、↑+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(cái)力,且提高了信號(hào)傳輸效率。
三、硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料
1.硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無(wú)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+CO2↑、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑。
(4
5、)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(shuō)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:制作時(shí)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,
6、耐酸堿侵蝕。
四、新型無(wú)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(shí),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(xiàng)鏈和瓷盤都是硅酸鹽產(chǎn)品
D.二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的重要原料
解析:制備粗硅反應(yīng)產(chǎn)物為CO,不是CO2,A錯(cuò)誤。自
7、然界中無(wú)游離態(tài)的硅,只有化合態(tài),B錯(cuò)誤。水晶項(xiàng)鏈的成分主要是SiO2,C錯(cuò)。
2.下列說(shuō)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(lái)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SiO2反應(yīng)的是(D)
①焦炭?、诩儔A?、厶妓徕}?、軞浞帷、菹跛帷、?/p>
8、氫氧化鉀 ⑦氧化鈣
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(shí)與C、CaCO3、Na2CO3、CaO反應(yīng)。
1.關(guān)于硅的下列說(shuō)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(shí),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
9、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(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 ⑤Na2CO3→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(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(wú)機(jī)非金屬材料的說(shuō)法中不正確的是(D)
A.傳統(tǒng)無(wú)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(wú)機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無(wú)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(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:新型無(wú)機(jī)非金屬材料不但克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料易碎、強(qiáng)度不夠等缺點(diǎn),并
12、且具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能;新型無(wú)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(hào)內(nèi)為雜質(zhì))。將所選答案的編號(hào)填在表中相應(yīng)的空格內(nèi)( 如果不需要外加試劑,則對(duì)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)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
13、
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(lái)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)在溶液中,應(yīng)將其變?yōu)楣腆w。
答案:(1)B?、堋?2)D?、堍荨?
14、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?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)。
請(qǐng)?zhí)羁眨?
(1)單質(zhì)A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為________,它的最高價(jià)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的化學(xué)式(分子式)為________。
解析:由A為地殼中含量?jī)H次
15、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(jià)
(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(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(yàn),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(wú)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(qǐng)回答下列問題。
(1)根據(jù)性質(zhì)推測(cè)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)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng),除氫氟酸外,它跟其他無(wú)機(jī)酸不反應(yīng),試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕
17、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