第5章 第3节 无机非金属材料-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册作业与测评课件PPT（人教版2019）

0 第五章　化工生产中的重要非金属元素 第三节　无机非金属材料 能力作业 02 目录 CONTENTS 基础作业 01 基础作业 (建议用时：10分钟) 考点一　硅酸盐材料 1．(2024·陕西省商洛市一模)中华五千年文明给人类留下了无数瑰宝，文物是传承文化的重要载体，下列文物中主要成分不是硅酸盐的是(　　) A．简牍 B．陶彩绘女舞俑 C．清雍正款霁红釉瓷碗 D．萧何月下追韩信图梅瓶 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 4 2．下列说法中错误的是(　　) A．硅元素在自然界中既有化合态，又有游离态 B．硅酸盐是传统的无机非金属材料的主要成分 C．硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质 D．普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 5 3．硅在地壳和岩石中的主要存在形式是(　　) A．硅单质 B．二氧化硅和硅酸盐 C．硅酸 D．无定形硅 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 6 4．下列有关普通玻璃的说法不正确的是(　　) A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂 B．制玻璃的过程为物理变化过程 C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 解析：B项，制玻璃的过程中发生着复杂的物理和化学变化。D项，由于玻璃中的SiO2能与NaOH反应生成Na2SiO3而使玻璃塞和瓶口黏合在一块，不易打开，所以应该使用橡胶塞。 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 7 考点二　新型无机非金属材料 5．“5G”时代的到来，以光导纤维为基础的高速信息通道更加显得重要。下列物质中用于制造光导纤维的材料是(　　) A．铜合金 B．陶瓷 C．硅 D．二氧化硅 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 8 6．在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是(　　) A．NaOH B．焦炭 C．稀硝酸 D．生石灰 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 9 7．下列有关新型无机非金属材料的叙述中，不正确的是(　　) A．氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维等属于新型无机非金属材料 B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用作砂纸和砂轮的磨料及耐高温材料 C．碳纳米管具有纳米尺度的直径，可用于生产复合材料、电池和传感器等 D．石墨烯具有熔点高、强度低等特性，可用于电力、交通、医疗等领域 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 10 8．碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是(　　) A．它们的物理性质有较大差异 B．在常温下它们的化学性质都稳定 C．它们是不同的碳单质 D．它们分别完全燃烧后生成物不同 1 2 3 4 5 6 7 8 基础作业 11 能力作业 (建议用时：40分钟) 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 对点 化学与STSE 硅酸盐材料 硅的性质及用途 SiC的结构、性质与用途 SiO2的结构与性质 碳纤维的结构、性质与用途 化学与STSE 题号 8 9 10 11 12 13 14 难度 ★ ★ ★★ ★★ ★ ★★ ★★★ 对点 陶瓷的性质 Si24的性质 Na2SiO3、SiO2等物质的鉴别 实验探究含硅物质的性质 硅酸盐氧化物形式的改写 物质推断和含硅物质的性质 氮化硅陶瓷的性质 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 13 一、选择题 1．第19届亚运会秉持“绿色、智能、节俭、文明”的 办会理念。下列说法不正确的是(　　) A．会场“莲花碗”(如图)采取自然采光方式有利于实 现“碳中和” B．火炬“薪火”使用的1070铝合金具有硬度高、耐高温的特点 C．吉祥物“江南忆”机器人所采用芯片的主要成分为二氧化硅 D．特许商品“亚运莲花尊”的艺术载体青瓷属于无机非金属材料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 14 2．下列关于硅酸盐材料的说法错误的是(　　) A．生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷 B．生产陶瓷的主要原料是黏土 C．普通玻璃的主要成分只有SiO2 D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 15 3．下列有关硅的说法不正确的是(　　) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属单质反应 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 17 4．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SiC增强铝基复合材料。下列说法错误的是(　　) A．SiC是一种新型硅酸盐材料 B．SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构 C．SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接 D．SiC具有优异的耐高温抗氧化性能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 18 5．下列关于二氧化硅的叙述中正确的是(　　) A．硅原子和碳原子最外层电子数相同，二氧化硅和二氧化碳分子结构也 相同 B．二氧化硅能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应，所以二氧化硅是两性氧化物 C．二氧化硅中硅元素为＋4价，二氧化硅具有氧化性 D．在二氧化硅中，每个硅原子结合2个氧原子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 19 解析：在二氧化硅中，每个硅原子与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，形成具有立体网状结构的晶体，不存在单个的二氧化硅分子，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子数目比是1∶2，二氧化碳分子是直线形分子，结构不同，故A、D错误；二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有生成盐，不属于碱性氧化物，与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，不是两性氧化物，故B错误；在高温下，二氧化硅能与单质碳反应生成单质硅和一氧化碳，硅元素的化合价由＋4价降低为0价，二氧化硅具有氧化性，故C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 21 6．我国科学家合成的3 nm长的碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是(　　) A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳元素 C．它的结构与石墨相似 D．碳纤维复合材料耐高温 解析：石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的，结构不相似，C不 正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 22 7．化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法正确的是(　　) A．水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐产品 B．实验室中可用石英坩埚加热熔融NaOH固体 C．将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛铝合金材料 D．透明氧化铝陶瓷具有良好的光学性能且耐高温耐腐蚀，可用于制造高压钠灯发光管 解析：A项，水晶、玛瑙主要成分为二氧化硅，错误；B项，NaOH可与石英坩埚中的SiO2反应，错误；C项，在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 23 8．宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(　　) A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化 B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料 C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物 D．陶瓷属于硅酸盐制品，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 24 9．近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是(　　) A．Si24是一种新型化合物 B．Si24是硅的一种同素异形体 C．Si24易与稀硫酸反应生成氢气 D．Si24属于新型的硅酸盐材料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 25 10．现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别出来，该试剂是(　　) A．纯水 B．盐酸 C．硝酸银溶液 D．碳酸钠溶液 解析：石灰石、二氧化硅均难溶于水；硅酸钠溶液与盐酸反应会出现白色沉淀，石灰石与盐酸反应产生气体，SiO2与HCl不反应；硅酸钠溶液可与硝酸银溶液反应生成白色沉淀，其余无明显现象；三种物质与碳酸钠溶液均不反应。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 26 11．下列实验操作和现象以及所得到的实验结论均正确的是(　　) 选项 实验操作和现象 实验结论 A 向Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀 H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强 B 将稀盐酸滴入硅酸钠溶液中，充分振荡，有白色沉淀产生 非金属性：Cl>Si C 将二氧化硅分别与氢氟酸溶液和氢氧化钠溶液反应，前者生成气体，后者二氧化硅溶解 二氧化硅为两性氧化物 D 向溶有SO2的BaCl2溶液中通入气体X，出现白色沉淀 气体X一定具有强氧化性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 27 解析：向Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，反应原理为强酸制弱酸，则H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，A正确；将稀盐酸滴入硅酸钠溶液中，充分振荡，有白色沉淀产生，则酸性：HCl>H2SiO3，HCl为无氧酸，不能得出非金属性：Cl>Si，B不正确；将二氧化硅分别与氢氟酸溶液和氢氧化钠溶液反应，前者发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，没有盐生成，所以不能说明二氧化硅为两性氧化物，C不正确；向溶有SO2的BaCl2溶液中通入气体X，出现白色沉淀，此沉淀可能为BaSO3或BaSO4，则气体X可能具有强氧化性，D不正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 28 12．用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是(　　) A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10·3H2O)]　CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O B．镁橄榄石(Mg2SiO4)　2MgO·SiO2 C．长石(KAlSi3O8)　K2O·Al2O3·3SiO2 D．硅酸钠(Na2SiO3)　Na2O·SiO2 解析：长石(KAlSi3O8)的氧化物形式应改写为K2O·Al2O3·6SiO2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 29 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 30 二、非选择题 13．含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通信材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。 (1)在元素周期表中，A位于第_______族，与A同族但相对原子质量比A小的元素B的原子结构示意图为_______，A与B在原子的电子层结构上的相同点是_______________________________________。 ⅣA 最外层均有4个电子，最内层均有2个电子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 31 (2)易与C发生化学反应的酸是________(写名称)，反应的化学方程式是___________________________。 (3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。 写出生成D和F的化学反应方程式：____________________________________ _____________________________________________________________________。 氢氟酸 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 32 14．氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多地被应用于热工的各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。 (1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是_______(填字母)。 A．硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应 B．氮化硅陶瓷属于硅酸盐 C．氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料 D．太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅 AC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 33 (2)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物。 ①该反应的化学方程式为___________________________________。 ②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为________。 解析：(1)Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。 7∶9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 能力作业 35 　　　　　　　　　　　　　 R 重难点拨　硅的化学性质 (1)常温下，能与氟气、氢氟酸和强碱反应 ①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4； ②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应 ①与O2反应：Si＋O2eq \o(=====,\s\up16(△))SiO2； ②与Cl2反应：Si＋2Cl2eq \o(=====,\s\up16(△))SiCl4。 误区警示　 (1)酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能直接与H2O反应生成H2SiO3。 (2)非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高。 (3)酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应。 (4)石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。 重难点拨　硅酸盐氧化物形式的改写 eq \x(\a\al(书写,形式)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列顺序：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)) eq \x(\a\al( 化学,计量数)) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(配置原则：各元素原子总个数比值符合原来的组成),若出现分数时应化为整数)) 例如：钠长石(NaAlSi3O8)不能写成eq \f(1,2)Na2O·eq \f(1,2)Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。 SiO2＋Na2CO3eq \o(=====,\s\up16(高温))Na2SiO3＋CO2↑， Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ 3SiO2＋2N2＋6Ceq \o(=====,\s\up16(高温))Si3N4＋6CO (2)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6Ceq \o(=====,\s\up16(高温))Si3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应的化学方程式为3SiO2＋2N2＋6Ceq \o(=====,\s\up16(高温))Si3N4＋6CO。 ②根据反应3SiO2＋2N2＋6Ceq \o(=====,\s\up16(高温))Si3N4＋6CO，氮元素价态降低，N2为氧化剂，碳元素价态升高，C单质为还原剂，其质量比为(2 mol×28 g·mol－1)∶(6 mol×12 g·mol－1)＝7∶9。 $$