第5章 第3节 无机非金属材料(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程化学必修第二册同步学习指导(人教版2019)

4.A由图像可知，由于铁过量，OA段发生的反应为Fe+ n(Na0H)+n(N0)+n(N02)=(aV×103+0.5)mol,则 NO+4HFe3·+N0↑+2H0,AB段发生的反应 c(H0,)-Y×10+0.5mdlL'。(3)通入气的目的是 为Fe+2Fe—3Fe2+,BC段发生的反应为Fe+2H= 0.14 22.4g 2·+H,↑。反应消耗2.4g铁.也就是56g·m 将0.26malN0和0.24molN02全部转化为HN03。根据得 失电子守恒：4n(02)=3n(N0)+n(N02)=3×0.26mol+ 0.4,所有的铁都在硫酸亚铁中，根据硫酸根离子守恒，所 0.24mol=1.02mol,则n(0,）=0.255ml 以每份含硫酸0.4mol,所以硫酸的浓度是4l·L,原混 合酸中H,S04物质的量为4mol·L×0.21=0.8mol.故A 第三节无机非金属材料 项错误：AB段发生的离子反应为Fe+2Fe=3Fe2·,故B 项正确：OA段发生的反应为Fe+NO,+4H·=Fe+ 学习任务一 NO↑+2H,0,NO,全部起氧化剂作用，所以n(NO)=自主学习认知形成 562行=0.2ml,200mL混合酸中HN0,物质 n(Fe)= 一、1.硅氧2.传统新型3.高4.信息新能源 二，1.(2)四面体400(3)高难腐蚀 的量浓度为02lx2=2ml·L',故C项正确：硝酸根离 2.Na,S0:Ci021Si02黏土纯碱、石灰石，石英砂 0.2L 石灰石，黏土 子全部被还原，设有显酸性的硝酸，因为溶液中有硫酸根离 微思考 子，并且铁单质全部转化为亚铁离子，所以溶液中最终溶质为 1.Naz CO+Si0, 高题C02↑+N4,Si0,、CaC0,+Si03 高测 FeS04,故D项正确。 5.(1)(0.05a-0.3)mal(2)1.0ml·L CaSi0,+C0:↑a (3)1.12L,1.12L(4)8 2.在硅酸盐中，S和0构成了硅氧四而体（结 ⑥ 【解析】因为得到NO,和NO混合气体，说明原硝酸溶液为 构如图所示)。硅氧四面体结构的特殊性， 浓HNO,。发生的反应有Cn+4HNO,(浓)=Cu(NO,):+ 决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶 2N02↑+2H,0和3Cu+8HN0,(稀)—3Cu(N0,)2+ 于水、耐高温，耐腐蚀等特点。 0 微诊断 6.4g 20t+4H,0。曲n(Cm）o4g=0.1m和反应后 1.(1)V(2)V(3)V(4)V 溶液中含有n(N0,)=0.1L×3mol·L=0.3ml。(1)由 2.C陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误：纯碱，石灰 N原子守恒得n(NO2)+n(NO)=n(HNO,)g-n(NO,)。= 石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰 (0.05a-0.3)mol。(2)因为与Cu2+结合的n(N0,)= 石，B项错误：硅酸盐制品性质稳定、耐高温C项正确：沙子 2n(C*）=2×0.1mol=0.2mol.故溶液中与H·结合的 的主要成分是SO,,黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误 a(0,)=03-a2ad:01m,则e)=2 互动探究能力提升 问题探究 1.0mol·L。(3)设生成的N0,N0的物质的量分别为 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例 n1,3o 如：硅酸钠(Na,SiO):NO·SiO,,长石(KASi,0,):K,0· 由题意及关系式得： A,0、·6Si02a 3Cu 2NO Cu -2N0 题点例练 3 mol 2 mol 1 mol 2 mol 题点 1.5m1 n 0.5m22 例：D四羊方尊主要成分为铜合金，A项错误：千里江山图主要 2.24L %+“2.4n=0.1m 材料为纤维素，B项错误：青铜神树的主要成分为铜合金，C 项错误：兵马俑为陶俑主要材料为硅酸盐，D项正确。 6.45 1.5a,+0.5,o4g,=01m 对点精练 1,B陶瓷是以黏性较高、可塑性较强的黏土为主要原料，经高 解得n,=0.05ol,n23=0,05m0l。 温绕结而成，A项正确：生产普通的原料是玻璃以纯碱、石灰 则V(N0)=1,12L.V(NO2)=1.121 石和石英砂，而不用石灰，经混合，发生复杂的物理和化学变 (4)由(3)得NO,和NO的混合气体的物质的量是0.1mal,由 化制得，B项错误；普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原 N原子守恒得m(NO2)+m(NO)=n(HNO,)-n(NO,)= 料，由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨 (0.05a-0.3)mol.00.05a-0.3=0.1.则a=8。 细制成的水硬性胶凝材料，C项正确：向水泥中加入适量的石 6.(1)5.824(2)×103+0.5 (3)0.255 膏可以调节水泥硬化速率，在水泥粉磨时，若不摻加石膏或掺 0.14 加的石膏量不足时，水泥会发生瞬凝现象，D项正确 【解析】(1)该过程发生两个反应：3Cu+8HNO3(稀)一 题点2 30u(N0)2+2N0↑+4H,0,Cu+4HN0,(浓)一Cu(NO)2+例：C陶土和石棉的主要成分都是硅酸盐，属于硅酸盐材料，A 2N02↑+2H,0。设生成的N0和N0的物质的量分别为x、 项正确：陶土是硅酸盐材料，一股情况下，性质稳定，在高温 y,则x+y=0.5mol.1.5x+0.5y=0.51ml,解得x= 下不易分解，B项正确：蒸发实验中，蒸发皿下面不需要垫陶 0.26ml,y=0.24ml,故标准次况下V(N0)=0.26mol× 土网（石棉网），C项错误：化学式为MgS,0。(0H)。的石 22.41·ma=5.824L。(2)在反应过程中，HN0一部分 棉.用氧化物形式可表示为3M0·2S0,·2H,0,D项正确 表现酸性，另一部分表现氧化性。由溶液中的C·恰好全部 故选C 转化为沉淀，则表现酸性的HNO,的物质的量为n(HNO,)=对点精练 n(NaOH),表现氧化性的HNO,的物质的量为n(HNO,)= 2B陶瓷是以黏土为主要原料经高温烧结而成，属于具有耐高 n(NO)+H(NO,),故原硝酸中HNO,的物质的量n(HNO)= 温，耐腐蚀特性的传统无机非金属材料，枚A正确：黏土主要 -280 是由硅酸盐构成的混合物，不是由几种氧化物组成的混合物， 性氧化物，不属于两性氧化物：⑤S0,具有弱氧化性，如高温 故B错误：“釉里红”的颜色说明烧造时有砖红色的氧化亚铜 条件下被碳还原制取粗硅：S0,+2C高温+2C0↑：⑥s:0, 生成，可能发生的反应为氧化铜高温条件下分解生成氧化亚 品体中不存在单个的S0,分子，且每个硅原子与4个氧原 铜和氧气.反应的化学方程式为40u0020u,0+0,1, 子结合。结合以上分析可知，不正确的有①②3④⑥，只有 故C正确：氧化亚铜能与酸溶液反应生成铜、铜离子和水，所 ⑤正确。故选D 以“釉里红”瓷器保存时应避开酸性物质，避免损伤釉彩，故D 对点精练 正确。故选B。 L.C浓硫酸与NaC固体混合加热发生复分解反应产生 学习任务二 NSO,和HC,HC气体经浓硫酸干燥后与粗硅发生反应产 生SiHC,然后经冰盐浴降温后冷凝为液体物质，多余的HC 自主学习认知形成 可以被干燥管的藏石灰吸收然后排放，藏石灰还可以吸收空 -、1.三 NA半导体 气中的H0蒸气，防止SHCI,遇水剧烈反应导致变质。工业 2.Si0,+20高通si+2C01 上用过量的焦炭与石英砂混合治炼粗硅，发生反应产生S 3.(1)芯片硅太阳能电池(2)二氧化硅 C0,反应的化学方程式为Si0,+2C商里s+2C01,A错误： 二，碳化硅(SC)大高温碳化硅氮化硅高温腐蚀 使用浓H,SO,和NaC混合加热制取HC利用了浓H,SO,的 钛酸盐储酸盐机械电氧化铝氧化钇氨化铝 高沸点，雅挥发性，面不是其脱水性，B错误；由于SHC,的熔 氟化钙绝缘性 点为-128℃，沸点为33℃，所以冰盐浴的目的为降低收集 三，富勒烯碳纳米管石墨烯碳原子C 石墨片层 强 容器的温度，使SHC,冷凝为液体，C正确：干燥管中的碱石 度电学一个碳原子直径低高 灰是碱性干燥剂，可以吸收HC尾气，并可以防止空气中的水 微思考 分进人收集容器，面不能用无水CaL,,硅胶等周体干燥剂替 1.①Si0,+2C40-20w0 =Si+2C0↑： 换，D错误。故选C。 2Si+3HCI0SiHCl+H.: 题点2 例：ASC属于新型喝瓷，不属于硅酸盐材料，A错误：碳化硅 3SiHCl,+H,100Si+3HCl. 俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，熔、沸点高，硬度大.可 2不能。硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从S0,中还原 用于制造耐高温、抗氧化的新型陶瓷，B、D正确：SC属于共 出硅 价化合物，碳原子和硅原子通过共价键连接，C正确 微诊断 对点精练 1.(1)×(2)V(3)×(4)V(5)V 2.A胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶 2.CSi与C同主族，Si的还原性比C的强，但在高温下能发生 体，A错误：石墨烯卷成管状结构变为碳纳米管发生了化学变 反应：2C+Si0,商2C0↑+S1,A项错误；不能用带磨口玻璃 化，B正确：石墨烯和碳纳米管是碳元素的两种不同的单质， 两者互为同素异形体，C正确：碳纳米管有较大的表面积，可 塞的试剂瓶盛放Na,SiO、溶液.因为Na,SO,溶液本身是一种 黏合剂，B项错误：S0是酸性氧化物，但不能与水反应，所以 以用作催化剂的载体，D正确 制取硅酸可用可溶性硅酸盐与CO,或盐酸反应：N,SO3+ 课堂素养评价 CO,H,ONa,CO,H,SiO,Na,SiO,2HCI 1.C 南宋整金饰品的主要原料是金属，不属于硅酸盐材料，故 2NaC1+H,Si0,↓，C项正确：Na,C0,与Si0在高温下的反应 A错误：蒜头纹银盒的材料为银，不属于硅酸盐材料，故B错 与对应酸的酸性强弱无关，该反应说明硅酸盐在高温下比碳 误：广彩瓷咖啡杯的材料为陶瓷，属于硅酸盐材料，放C正确： 酸盐更稳定，D项错误 铜镀金钟座的主要材料为金属，不属于硅酸盐材料，故D 互动探究能力提升 错误 2.DS0,虽然有毒，但食品中添加适量的二氧化硫可以起到防 问题探究 腐、抗氧化等作用，在一定范围内可以用作食品添加剂.C正 1.SO,不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐 和水，又能与减反应生成盐和水的氧化物。SO2能与氢氟酸 确：光缆主要成分为二氧化硅，常温下，二氧化硅与氢氟酸，氢 氧化钠反应，D错误。 反应，但并不生成盐和水。 2.不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化 3.B氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，所以HF不能 学方程式为Si0,+4HF一=SiF,↑+2H,0。 使用磨口玻璃塞，①符合题意；NHSO,、KNO,与二氧化硅不 反应，可以使用磨口玻璃塞，②③不符合题意：石灰水中的氢 3.NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的 Na,SiO,把瓶塞与瓶口黏结在一起 氧化钙溶液显碱性，能和二氧化硅反应，不能使用磨口玻璃 塞，④符合题意：CS0,与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻 4.不能，因为si0,与水不反应。S0,0Xa,Si0,0H,si0, 璃塞，⑤不符合题意：NOH与二氧化硅反应生成黏性的硅酸 化学方程式为Si02+2Na0H—Na,Si0,+H,0,Na,Si0,+ 钠，导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，所以氢氧化钠 H,0+C02—Na,C0,+HSi0,↓。 溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合题意：黏性的硅酸钠，会导 题点例练 致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，不能使用磨口玻璃 题点1 塞，⑦符合题意。 例：D①S0,不与水反应：②5i0,对应的水化物H,Si0、(弱酸) 4.(1)2C+5i0,墨2c0↑+s 不溶于水：③S0,晶体中不存在单个的S0,分子，且每个硅 (2)5i02+4HF=SiF4↑+2H20 原子与4个氧原子结合，而二氧化碳分子中1个碳原子与1 (3)S05+2H*==H2Si011 个氧原子形成两条共价键，结构式为0一C0,所以二者的 分子结构不同：④二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和 (4)Si02+2Na0H=Na,Si01+H20 水，没有盐生成，与碱反应生成盐和水，所以二氧化硅属于酸 (5)Caco,+io;casio,+CO1 281 5.(1)2A1+2Na0H+2H,0=2NaAI0,+3H,1 加入，故A、D项正确，C项错误：加入过量的Ba(O川)，溶液，可 Si0,+4HF=Sif↑+2H,0 除去SO,Mg+,再加入过量的Na,CO,溶液，除去Ca+和过 (2)石灰石si0,+N,C0,商里Na,Si0,+C0,↑（或s0,+ 量的Ba2+,过滤后，向滤液中加人稀盐酸，除去过量的CO Cac0,Casi0,+C0,↑) 和OH,蒸发结品得到纯净的NaCl,B项正确 4.B食盐溶解度受温度影响小，加热蒸发食盐溶液得到食盐品 (3)Si02(4)D 体，所以过程Ⅲ中，用到的分离方法是加热蒸发，故选B 【解析】(1)铅板易被烧碱腐蚀，玻璃易被氢氯酸腐蚀，反应 5.(1)5④①83Ba2·+S07- 的化学方程式分别为2A+2Na0H+2H,0一2NaA0,+ =Bas0,↓除去Ca2*以及加 入的过量Ba2(2)ACE 3H:↑，Si0+4HFSF,↑+2H0。(2)生产硅酸盐水泥 和誓通玻璃都需要用到的主要愿料为石灰石。制备普通玻璃 (3)黄用洁净的铂丝蘧取样品后在酒精灯上灼烧，透过蓝色 钴玻璃观察不到紫色火焰，说明不含KC 的主要反应方程式有S0,+Nu,C0,商通Na,Si0,+C0,↑或 【解析】(1)粗盐样品含有Ca2、Mg2、S0、泥沙幕梨质， S0,+CuC0,声温CaSi0,+C0,↑。(4)普通玻璃增埚中的 加入过量氢氧化钠溶液的目的是除去Mg2·:加入过量的 氧化硅能够与熔融的氢氧化钠反应，故A错误：石英玻璃坩据 BaCL,可以将硫酸根离子除去，但是会引入Ba2·杂质离子：加 中的二氧化硅能够与溶融的氢氧化钠反应，故B错误：氧化铝 入过量的Na,C0,溶液的目的除去杂质Ca2+和加入的过量 册埚中的氧化铝能够与熔融的氢氧化钠反应，故C铅误；铁与 Ba·:过滤，将得到的沉淀全部薄出，得到的滤液是含有氯化 熔融的氢氧化钠不反应，故D正确 钠，碳酸钠，氢氧化钠等的混合物，加入足量的生酸，可以豫去 实验活动4用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子 碳酸根离子、氢氧根高子等杂质高子，最后即可获得较为纯净 的氯化钠，所以操作的步骤为⑥→①-→②+⑤，④+①→③ 三搅拌S0与B·完全反应生成BSO,沉淀溶液不出现 →⑦。加入BaC2溶液发生的离子反应方程式为Ba·+S0 浑浊继续滴加BaCl,溶液过量的NaOH溶液Mg2·与 一BSO,↓。加入过量Na,C0,溶液的目的是除去Ca2+以 OH Mg(OH)2过量的饱和N,C0,Ca2·,Ba2·与C0 及加入的过最B·。(2)溶解时，若加入太多水，则蒸发时就 生成的沉淀和不溶性杂质盐酸没有气泡冒出搅拌 爵要大量时问，A错误；NOH溶液不可用KOH溶液替代，否 较多固体 则会引入新的来质离子K',B正确：滤去沉淀以后，将滤液移 四 至装发皿加热浓馆，C错误：幕发时，有少量液体利余就应该 1.本实验中加人试剂的顺序是BC引2溶液→NaOH溶液→ 停止加热，D正确：晶体应用少量水洗涤，否则会导致品体溶 NaC0,溶液→盐酸 于水损失，E错误。故选ACE。(3)NaCl的焰色反应为黄色 按下列顺序加入试剂也可达到实验目的： 用始色反应验证提纯后的NCI固体中不含KC.操作及现象 ①NaO州溶液→BaCl,溶液-Na,C0,溶液-→盐酸： 是：用洁净的铂丝藤取样品后在酒精灯上灼烧，透过蓝色结玻 2BaCl,溶液→Na,CO1溶液-+NaOH溶液-→盐酸 璃观察不到紫色火焰，说明不含C 2.实验操作②中所加试剂过量是为了将杂质离子完全沉淀而除 实验活动5不同价态含硫物质的转化 去。实验操作④中加人盐酸是为了除去滤液中过量的O州 和C0。 三，淡黄色氧化单质S紫红色淡黄色氧化单质S 3.不能颠倒。若在过滤前加入稀盐酸，会使生成的沉淀溶解，杂 褪色白色强氧化性0，黑色氧化 质离子不能除去。 四、1. 4.静置后，沿烧杯壁向上层清液中继续滴加2~3滴氯化钡溶 转化前的含硫物质 转化后的含硫物质 价态变化 液，若溶液不出现浑浊.说明S0已沉淀完全。 五、(1)适量BaCL2适量H,SO,Fe粉加热盐酸等 NaS -2+0 对点精练 H,SO, +4+0 1.C过滤时需要用到的玻璃仪器有烧杯，玻璃棒，漏斗，A正 H.SO s0: +6++4 确：蒸发结品时，当蒸发皿中出现较多固体时，即停止加热，用 余热将剩余水分蒸干，B正确：用化学沉淀法除去粗盐中的杂 FeS 0+-2 质离子，步骤包括粗盐溶解，加沉淀剂，过滤，调节H,蒸发结 2.吸收实验过程中可能产生的有毒气体硫化氢和二氧化硫。 晶等，玻璃棒的作用依次为搅拌，引流、搅拌，C错误：加入除 杂的试剂顺序可以是先加NOH除去镁离子，再加BCl2除去 3.①S+0,点s0,2②Fe+S△feS. 硫酸根离子，加人碳酸钠除去钙离子和过量的钡离子，过滤后 83Fe+20,点兰Fe,0, 加适量盐酸中和NaOH和碳酸钠.D正确。故选C 对点精练 2.C加入过量的氢氧化钠可以将镁离子沉淀，加人过量的氯化 1.B硫黄在空气中燃烧生成气体甲S02,甲S02溶于水得溶液 钡可以将硫酸根离子沉淀，除钙离子加人碳酸钠转化为沉淀， 乙H,S0,.向乙H,S0,溶液中滴加溴水，乙溶液褪色变成丙 但是加入碳酸钠要放在加入氯化钡之后，这样碳酸钠会除去 H2S0,则甲.乙、丙分别为S02HS03H2S0,故选B。 反应剩余的氯化钡，再进行过滤，最后再加入盐酸除去反应剩2.C取少量溶液，滴入B(0,)2溶液，产生白色沉淀，再加人 余的氢氧根离子和碳酸根离子，所以正确的顺序为NaOH 足量稀硝酸，充分振荡后，仍有白色沉淀，硝酸根离子在酸溶 BaCl,NaCO或BaCl2.NaOH,Na,CO,Na,CO1要在BaCl2的 液中具有氧化性，原溶液中可以是硫酸根离子或亚硫酸根离 后面加.C错误。 子，故A错误：原溶液中可以是硫酸根离子或亚硫酸根离子 3,C粗盐提纯时，所加的试剂有NOH溶液（除去Mg2+)、 加入Ba(NO)2溶液后，生成的沉淀中不一定含有BaSO,,可 BC,溶液（除去SO)、N,CO,溶液（除去Ca2·和过量的 能是BaSO,故B错误；取少量溶液，滴入Ba(NO,),溶液，产 B2·),过滤后，加入稀盐酸（除去过量的0H,C0),注意 生白色沉淀，再加入足量稀硝酸，充分振荡后，仍有白色沉淀 Na,CO3溶液一定要在Bad2溶液之后加人，稀盐酸在过滤后 硝酸根离子在酸溶液中具有氧化性，生成的Ba0也会被氧 282"#将80"&3组成的%0混合物投入适量稀,)+ % 中恰好完全反应$固体完全溶解时收集到1#A@G N)标准状况* )+气体$向反应后的溶液中加入G1 =N$ =>(/N?"的)*+,溶液时$金属离子恰好沉淀完全$则形成的沉淀的 质量为 )!!* -#)%<$#$A*0 .#)%<$#12*0 &#)%<%#%$*0 /#)%<2#%2*0 ##某"11 =N混合液中$,)+ % 和, $ '+ 2 的物质的量浓度分别是1#2 =>(/N?"和1#" =>(/N?"$向该混合液中加入 "#@$ 0铜粉$加热$待充分反应后$所得溶液中&3$ <的物质的量浓度)忽略体积变化*为 )!!* -#1#": =>(/N ?" .#1#$$: =>(/N ?" &#1#%: =>(/N ?" /#1#2: =>(/N ?" $#某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液$11 =N$平均分成两份' 向其中一 份中逐渐加入铜粉$最多能溶解"@#$ 0铜)已知硝酸只被还原为 )+气体*' 向另一份中逐渐加入铁粉$产生气体的量随铁粉质量 增加的变化如图所示' 下列分析或结果不正确的是 )!!* -#原混合酸中, $ '+ 2 物质的量为1#2 =>( .#-.段发生的离子反应为45<$45 ### % < %45 $ < &#混合酸中,)+ % 物质的量浓度为$ =>(/N?" /#第二份溶液中最终溶质为45'+ 2 %#将G#2 0铜加入:1 =N& =>(/N?"的硝酸溶液中$铜全部溶解$得到)+ $ 和)+的混合气体' 将反应后溶液稀 释至"11 =N$测得)+? % 的浓度为% =>(/N?"' )"*混合气体中)+ $ 和)+的总物质的量为!!!!)用含&的式子表示*' )$*稀释后的溶液中,<的物质的量浓度为!!!!' )%*若标准状况下$)+ $ 和)+的混合气体体积为$#$2 N$则)+ $ 和)+的体积各为!!!!' )2*若标准状况下$)+ $ 和)+的混合气体体积为$#$2 N$则)"*中&的值是!!!!' &#将%$#G2 0铜与"21 =N一定浓度的硝酸反应$铜完全溶解$产生标准状况下的一氧化氮和二氧化氮混合气体共 ""#$ N' 请回答下列问题+ )"*产生一氧化氮的体积为!!!!N)标准状况下*' )$*待反应结束后$向溶液中加入"=N& =>(/N?"氢氧化钠溶液$恰好使溶液中的&3$ <全部转化为沉淀$则原 硝酸的浓度为!!!!=>(/N?")不必化简*' )%*欲使铜与硝酸反应生成的气体在氢氧化钠溶液中全部转化为硝酸钠$至少需要氧气!!!!=>(' 第三节!无机非金属材料 课程标准要求 知道常见的无机非金属材料的类型#组成#性能及应用"能从组成的角度对生活中常见的无机 非金属材料进行分类+能根据硅酸盐的结构分析硅酸盐的性质特点"培养宏观辨识与微观探析 的化学核心素养! 学科核心素养 "#宏观辨识与微观探析$通过对无机非金属材料的微观组成#结构的分析"了解高纯硅的制备 原理和方法"从宏观上认识无机非金属材料性能和用途与组成#结构的关系! $#科学态度与社会责任$通过对无机非金属材料的了解"深刻认识化学对社会可持续发展的重 要的作用"培养学生努力学好化学的科学态度"增强投身国家建设的社会责任感! 学习目标 "#通过阅读交流"了解陶瓷#玻璃#水泥等传统硅酸盐材料的生产原料#性能和主要用途"知道 普通玻璃的主要成分"感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用! $#通过自主学习"了解晶体硅#二氧化硅#新型陶瓷#碳纳米材料的性能和用途"感受新型无机 非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用"激发学生学习化学的兴趣! %#联系生活实际和现代科技成果"了解粗硅的制法和高纯硅的提纯原理及纳米材料的类别结 构特点#性能和用途"感受化学就在身边"培养科学探究的精神和社会责任感! !%* 学习任务一!硅酸盐材料 !"#$%&'() ! ˜™š›œž "#组成元素!多含有!!!!"!!!!等元素' $#分类!!!!!无机非金属材料"!!!!无机非金属材料' %#性能!具有耐高温"抗腐蚀"硬度!!!!等特点$以及特殊的光学"电学等性能' 2#应用领域!日常生活应用"航空"航天"!!!!和!!!!等领域' # Ÿ ˜™š›œž 000 ¡Xaž "#硅酸盐及其结构 )"*硅酸盐的概念 硅酸盐是由硅"氧和金属等元素组成的化合物的总称' 它们种类繁多"组成各异"结构复杂$在自然界中广泛 存在' )$*硅酸盐的结构 在硅酸盐中$'X和+构成了硅氧!!!!$其结构如图所示' 每个'X结合!!!!个+$'X在 中心$+在四面体的2个顶角,许多这样的四面体还可以通过顶角的!!!!相互连接$每个 !!!!为两个四面体所共有$与$个'X相结合' )%*硅酸盐的特性 硅氧四面体结构的特殊性$决定了硅酸盐材料大多具有硬度!!!!"熔点高"!!!!溶于水"化学性质稳 定"耐!!!!等特点' $#常见的硅酸盐材料 项目 陶瓷 玻璃 水泥 主要成分 成分复杂 ! ! ! !" ! ! ! !和!!!! 硅酸三钙)%&*+/'X+ $ *"硅酸二钙)$&*+ /'X+ $ *"铝酸三钙)%&*+/-( $ + % * 生产原料!!!!)含水的铝硅酸盐* !!!!!!!! 主要原料+!!!!!! 辅助原料+适量的石膏 主要设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 用途 建筑材料"绝缘材料"日用器皿"卫生洁具等 建筑材料"光学仪器"各种 器皿"制造玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 "#普通玻璃以纯碱"石灰石和石英砂为原料$经混合"粉碎$在玻璃窑中熔融$发生复杂的物理和化学变化而制得' 写出其中发生反应的化学方程式( $#为什么陶瓷"玻璃"水泥都具有硬度高"难溶于水"耐高温"耐腐蚀等特点( !&! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "#正误判断 )"*汉代烧制出的-明如镜"声如磬.的陶瓷$其主要原料是黏土' )!!* )$*传统无机非金属材料陶瓷"水泥"玻璃的主要成分都是硅酸盐' )!!* )%*玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化' )!!* )2*陶瓷"玻璃"水泥的生产都需要在高温下进行' )!!* $#-九秋风露越窑开$夺得千峰翠色来.是赞誉越窑秘色瓷的诗句$描绘我国古代精美的青瓷工艺品' 玻璃"水泥 和陶瓷均为硅酸盐制品$下列有关说法正确的是 )!!* -#玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 .#制水泥的原料为纯碱"石灰石和石英砂 &#硅酸盐制品的性质稳定"耐高温 /#沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 <=>?%@ABC ! DEFG !!北京大兴机场航站楼五指廊末端分别设计了丝园#茶园# 瓷园#田园以及中国园等五座%空中花园&! %瓷园&主要围绕 瓷器历史展开场景构建"分为三大主题场景$瓷之起航#瓷之绽 放#瓷之悠长! 以瓷毯为洋"瓷灯为花"瓷林导航"瓷板回味"互 动展望五大表现形式"对以海上丝绸之路为契机"发展至今的 %一带一路&区域合作平台进行回顾与展望"带给人们不同的 视觉享受"展示中华瓷器之美! ! HI>? !我国具有悠久的陶瓷制造历史$陶瓷是以黏土)主要成分为含水的铝硅酸盐*为主要原料$经高温烧结而成的 传统硅酸盐材料' 硅酸盐组成的表示方法是什么( ! JKLM 硅酸盐组成的表示方法 ! 例如+钠长石))*-('X % + A *不能写成" $ )* $ +/ " $ -( $ + % /%'X+ $ $应写成)* $ +/-( $ + % /G'X+ $ ' ! IKNO 题点" 硅酸盐材料 我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国$下列国宝级文物主要由硅酸盐制成的是 )!!* 选项 - . & / 文物 名称 1四羊方尊2国家博物馆 1千里江山图2 故宫博物院 1青铜神树2 三星堆博物馆 陶兵马俑 秦始皇博物馆 !&" !#下列说法不正确的是 )!!* -#陶瓷是以黏土为主要原料$经高温烧结而成 .#普通玻璃以纯碱"石灰和石英砂为原料$发生复杂的物理和化学变化制得 &#普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料 /#向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率 题点$ 硅酸盐组成的表示方法 陶土网是由两片铁丝网夹着一张浸泡过陶土水后晾干的棉布制成$其功能和石棉网一样$但安全性更高$对 人体的危害性更小' 下列说法错误的是 )!!* -#陶土和石棉都是硅酸盐材料 .#陶土性质稳定$在高温下不易分解 &#蒸发实验中$蒸发皿需垫上陶土网再加热 /#一种石棉化学式为80 G 'X 2 + "1 )+,* A $其氧化物形式可写为%80+/$'X+ $ /$, $ + "#明代-釉里红梅瓶.是南京博物馆的镇馆之宝' 烧造-釉里红.$需要将含有铜元素为呈色剂的彩料$精准地在 " %11 L窑火中一次烧成$下列有关说法不正确的是 )!!* -#陶瓷是以黏土为主要原料经高温烧结而成$属于传统无机非金属材料 .#黏土可以表示为-( $ + % /$'X+ $ /$, $ +$是由几种氧化物组成的混合物 &#-釉里红.烧造时发生的反应可能为2&3+ #### " %11 L $&3 $ +<+ $ ) /#-釉里红.瓷器保存时应避开酸性物质$避免损伤釉彩 学习任务二!新型无机非金属材料 !"#$%&'() ! ¡‚¢£2¡ "#硅 硅元素位于元素周期表第!!!!周期第!!!!族$处于金属与非金属的过渡位置' 其单质的导电性介于 导体与绝缘体之间$是应用最广泛的!!!!材料' $#粗硅的制备 工业上用焦炭还原石英砂可以制得含少量杂质的粗硅$化学方程式+!!!!!!!!!!!!' %#硅和二氧化硅的用途 )"*高纯硅用于制造!!!!和!!!!!!!!' )$*!!!!!!用于生产光导纤维' # ¤¥¦§ !新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系$在光学"热学"电学"磁学等方面具有很多新的特性和功能' 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 !!!!!!!! 硬度!!!!"耐!!!!"抗氧化 砂纸和砂轮的磨料"耐高温半导体 材料等 高温结 构陶瓷 !!!!"!!!!或某些 金属氧化物 耐!!!!"抗氧化"耐!! !! 火箭和汽车发动机"高温电极材 料等 压电陶瓷!!!!"!!!!等 能实现! ! ! ! 能与 !!!!能的相互转化 滤波器"扬声器"超声波探伤器和点 火器等 !&# 透明陶瓷 !!!!"!!!!等氧化 物透明陶瓷,!!!!"!! !!等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能"耐高 温"!!!!好 高压钠灯"激光器"高温探测窗等 超导陶瓷 0 某一临界温度下具有超导性可用于电力"交通"医疗等领域 % ¨M©ž !碳纳米材料主要包括!!!!!!"!!!!!!"!!!!!!等$广泛应用于能源"信息"医药等领域' 新型材料 结构 性能 用途 富勒烯 由!!!!!!构成的一 系列笼形分子的总称$如 !!!! 0 制碳纳米材料 碳纳米管 由!!!!!!卷成的管 状物$具有纳米尺度的 直径 比表面积大$有相当高的 ! ! ! ! 和优良的 !!!!性能 生产复合材料"电池和传感 器等 石墨烯 只有!!!!!!!!厚 度的单层石墨 电阻率!!!!"热导率 !!!!$具有很高的 强度 光电器件"超级电容器"电池" 复合材料等 "#高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料$又称-半导体.材料$它的发现和使用曾引起计算机的一场-革命.' 它可以按下列方法制备+ 其中涉及的主要反应的化学方程式是什么( $#能否通过反应'X+ $ <$& ### 高温 'X<$&+ ) $证明&"'X的非金属性强弱( !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "#正误判断 )"*晶体硅熔点高"硬度大$故可用作半导体材料' )!!* )$*石英砂可用于生产单晶硅' )!!* )%*二氧化硅是酸性氧化物$所以能溶于水且可与水反应生成硅酸' )!!* )2*氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料' )!!* ):*向硅酸钠溶液中通入适量&+ $ $出现白色沉淀$证明碳的非金属性强于硅' )!!* !&$ $#下列有关硅及其化合物的说法正确的是 )!!* -#在粗硅的制取中发生反应+$&<'X+ $ ### 高温 $&+ ) <'X$'X被还原$所以&的还原性大于'X .#)* $ 'X+ % 属于盐$不属于碱$所以)* $ 'X+ % 溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 &#用'X+ $ 制取硅酸$应先使'X+ $ 与)*+,溶液反应$然后通入&+ $ /#由)* $ &+ % <'X+ $ ### 高温 &+ $ ) <)* $ 'X+ % 可知$, $ 'X+ % 的酸性大于, $ &+ % <=>?%@ABC ! DEFG !!素材"!'X+ $ 是一种酸性氧化物"能与强碱溶液反应! 例如"'X+ $ 与)*+,溶液反应可生成)* $ 'X+ % ! 素材$!氢氟酸是,4的水溶液"可与'X+ $ 发生反应生成'X4 2 气体和水"可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂 玻璃! ! HI>? "#'X+ $ 既能与)*+,溶液反应$也能与氢氟酸反应$能认为'X+ $ 属于两性氧化物吗( $#能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸( 若不能$写出化学方程式$简述理由' %#为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液( 2#'X+ $ 属于酸性氧化物$能否用'X+ $ 与水直接反应制取, $ 'X+ % ( 由'X+ $ 如何来制取, $ 'X+ % ( 用化学方程式 表示' ! JKLM "#硅的化学性质 )"*与非金属单质反应 与4 $ +'X<$4 ### $ 'X4 2 ,与&( $ +'X<$&( $ ### % 'X&( 2 ,与+ $ +'X<+ $ ### 高温 'X+ $ ,与&+'X<& ### 高温 'X& )$*与酸"碱反应 ! 非金属单质一般不与非氧化性酸反应$但'X能与,4反应+ ### 'X<2,4 'X4 2 ) <$, $ ) , " 硅与强碱溶液反应生成氢气+'X<$)*+,<, $ ### + )* $ 'X+ % <$, $ ) ' $#二氧化硅的化学性质 )"*不溶于水$是一种酸性氧化物 ! 与)*+,反应+'X+ $ ### <$)*+, )* $ 'X+ % <, $ +, " 与&*+反应+'X+ $ <&*+ ### 高温 &*'X+ % ' !&% )$*二氧化硅的特性 与,4反应+'X+ $ ### <2,4 'X4 2 ) <$, $ +' )%*二氧化硅可与某些盐反应制备玻璃 'X+ $ <)* $ &+ % ### 高温 )* $ 'X+ % <&+ $ ) , 'X+ $ <&*&+ % ### 高温 &*'X+ % <&+ $ ) ' %#硅酸钠"俗名泡花碱$ )"*硅酸钠易溶于水$其水溶液俗称水玻璃$具有黏结力强"耐高温等特性$常用作黏合剂和防火剂' )$*硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸), $ 'X+ % *沉淀$其离子方程式是'X+$ ? % <$, ### < , $ 'X+ % $ ' )%*少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中$反应的离子方程式是'X+$ ? % <&+ $ <, $ ### + , $ 'X+ % $ <&+ $ ? % ' ! '8‹Œ 二氧化碳与二氧化硅的性质比较 ! 化学式 &+ $ 'X+ $ 构成 &+ $ 分子 "个'X周围有2个+$"个+周围有$个'X$呈空间网状结构$无'X+ $ 分子 物理性质 气体$熔"沸点低$溶于水 固体$熔"沸点高$硬度大$不溶于水 与碱性氧化物反应&*+<&+ ### $ &*&+ % &*+<'X+ $ ### 高温 &*'X+ % 与碱溶液反应 $)*+,<&+ ### $ )* $ &+ % <, $ + 'X+ $ ### <$)*+, )* $ 'X+ % <, $ + 与盐反应 )*$'X+% < &+$ < ,$ ###+ )* $ &+ % <, $ 'X+ % $ 'X+ $ <)* $ &+ % ### 高温 )* $ 'X+ % <&+ $ ) 与碳反应 &<&+ $ ### % $&+ $&<'X+ $ ### 高温 'X<$&+ ) 与, $ +作用 &+ $ <, $ &' + , $ &+ % 与水不反应 与酸反应 不反应 只与氢氟酸反应'X+ $ ### <2,4 'X4 2 ) <$, $ + 用途 干冰用于人工降雨$合成肥料 制饰品"制实验室里的坩埚"制光导纤维 )"*硅的还原性比碳强$而碳在高温下却能从'X+ $ 中还原出硅' )$*&+ $ 与水反应生成碳酸$'X+ $ 是, $ 'X+ % 的酸酐$但它不溶于水$不能直接将它与水作用制备, $ 'X+ % ' )%*非金属氧化物的熔"沸点一般较低$但'X+ $ 的熔"沸点却很高' )2*酸性氧化物一般不与酸作用$但'X+ $ 却能与氢氟酸作用+'X+ $ ### <2,4 'X4 2 ) <$, $ +' ):*因, $ &+ % 的酸性强于, $ 'X+ % $所以在)* $ 'X+ % 溶液中通入&+ $ 能发生下列反应+)* $ 'X+ % <&+ $ <, $ ### + , $ 'X+ % $ <)* $ &+ % $但在高温下)* $ &+ % <'X+ $ ### 高温 )* $ 'X+ % <&+ $ ) 也能发生' ! IKNO 题点" 硅和二氧化硅 下列关于'X+ $ 的叙述正确的是 )!!* ! 'X+ $ 能与水反应生成硅酸 " 'X+ $ 对应的水化物是可溶性弱酸 # 硅原子和碳原子的最外层电子数相同$'X+ $ 和&+ $ 的分子结构也相同 $ 'X+ $ 既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应$故'X+ $ 是两性氧化物 % 'X+ $ 中硅元素为<2价$故'X+ $ 具有氧化性 & 在'X+ $ 中$每个硅原子结合$个氧原子 -# !#% .# !"$& &# # /# % !&& !#高炉冶炼的粗硅难以满足使用过程中的纯度要求$因此需 对粗硅进行进一步的提纯' 工业上采用'X与,&(在 %:1 L左右反应生成'X,&( % $之后将其还原"结晶得到高纯 度的单晶硅产品' 已知'X,&( % 的熔点为?"$A L$沸点为 %% L$且遇+ $ 与, $ +均剧烈反应' 现要在实验室中制取 少量'X,&( % $其实验装置如右图所示$则下列说法正确的是 )!!* -#工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅$发生的反应为'X+ $ <& ### 高温 'X<&+ $ ) .#使用浓, $ '+ 2 和)*&(混合加热制取,&(利用了浓, $ '+ 2 的脱水性 &#冰盐浴的目的为降低收集容器的温度$使'X,&( % 冷凝为液体 /#可以用无水&*&( $ "硅胶等固体干燥剂替换干燥管中的碱石灰 题点$ 新型无机非金属材料 我国火星探测器-天问一号.上使用了重量轻"强度高"刚性好"宽温度范围下尺寸稳定的新型'X&增强铝基 复合材料' 下列说法错误的是 )!!* -#'X&是一种新型硅酸盐材料 .#'X&俗称金刚砂$具有类似金刚石的结构 &#'X&中的碳原子和硅原子通过共价键连接 /#'X&具有优异的耐高温抗氧化性能 "#碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为$ Y$1 9=的中空管状结构' 下 列说法不正确的是 )!!* -#碳纳米管是一种胶体 .#石墨烯卷成管状结构发生了化学变化 &#石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 /#根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体 '8PQRS TU,VW4 !#下列文物主要由硅酸盐制成的是 )!!* -#南宋鎏金饰品 .#蒜头纹银盒 &#广彩瓷咖啡杯 /#铜镀金钟座 !&' "#中国航天不断创造奇迹$-天问一号.着陆火星$-嫦娥五号.采回月壤$腾飞的中国离不开化学$化学与环境"材 料"信息"能源关系密切$推动着人类社会的进步和发展' 下列说法不正确的是 )!!* -#-天问一号.所用的太阳能电池帆板$其主要材料是硅 .#中国空间站使用石墨烯存储器$所用材料石墨烯属于无机非金属材料 &#'+ $ 可用来漂白纸浆$也能作食品添加剂 /#:Z技术中使用的通信光缆不与任何酸碱反应 ##下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是 )!!* ! 氢氟酸! " )*,'+ 2 ! # 7)+ % ! $ 石灰水! % &3'+ 2 ! & )*+,! ' )* $ 'X+ % -# $%' .# !$&' &# !#% /# "$& $#芯片主要由单晶硅构成$如图是硅及其化合物的-价0类.二维图$根据要求完成下列化学)或离子*方程式' )"*利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为 !' )$*利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为 !' )%*硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为 !' )2*二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为 !' ):*石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为 !' %#世博会中国馆000-东方之冠.由钢筋"混凝土"M 111多块铝板和" $11多块玻璃等建成' )"*铝板易被烧碱腐蚀$玻璃易被氢氟酸腐蚀$原因分别为 !" !)用化学方程式表示*' )$*生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是!!!!!!' 制备普通玻璃的主要反应方程式为 !!!!!!!!!!!!!!!)任写一个*' )%*石英玻璃化学稳定性强"膨胀系数小$是一种特殊玻璃$石英玻璃的主要成分是!!!!)填化学式*' )2*要将)*+,高温熔化$下列坩埚中可选用的是!!!!)填字母*' -#普通玻璃坩埚 .#石英玻璃坩埚 &#氧化铝坩埚 /#铁坩埚 请同学们认真完成练案!M" 实验活动2!用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子 ! deª5 "#用化学沉淀法去除粗盐中的&*$ <"80$ <和'+$ ? 2 ' $#熟练掌握溶解"过滤"蒸发等操作$认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用' # de:« "#天平"药匙"量筒"烧杯"玻璃棒"胶头滴管"漏斗"滤纸"蒸发皿"坩埚钳"铁架台)带铁圈*"陶土网"酒精灯" 火柴' $#粗盐"蒸馏水"1#" =>(/N?".*&( $ 溶液"$1!)*+,溶液"饱和)* $ &+ % 溶液"G =>(/N?"盐酸"6,试纸' !&(