第5章 第3节 无机非金属材料-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一化学必修第二册教师用书（人教版2019）

无机非金属材料 第三节 第五章 <<< 核心素养 发展目标 1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。 2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。 3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。 2 内容索引 一、硅酸盐材料 二、新型无机非金属材料 课时对点练 随堂演练　知识落实 3 硅酸盐材料 > < 一 项目 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 _____ ____________________________________________ 主要原料：_____________ 辅料：适量的石膏 设备 陶瓷窑 _______ __________ 1.无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料含有 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。 2.常见的硅酸盐材料 硅、氧 一、硅酸盐材料 耐高温 抗腐蚀 硬度高 光学 电学 黏土 纯碱(Na2CO3)、石灰石 (CaCO3)、石英砂(SiO2) 石灰石、黏土 玻璃窑 水泥回转窑 项目 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 主要 成分 含水的铝硅酸盐 ______________________________________________ — 性能 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 透光性好、硬度大、无固定熔点 遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定 用途 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维等 大量用于建筑和水利工程 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙 (CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) 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。 思考1 提示　Na2CO3+SiO2 CO2↑+Na2SiO3、CaCO3+SiO2 CaSiO3+ CO2↑。 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？ 思考2 提示　在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)：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高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 1.判断正误 (1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土 (2)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 (3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化 (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行 应用体验 √ √ √ √ 2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，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。 (1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是_____________________。 (2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是________ _______________________________。 应用体验 Si+2H+===H2SiO3↓ Si+ 2CO2+2H2O===H2SiO3↓+2HC 3.(2023·日照高一月考)“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 A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C.硅酸盐制品的性质稳定、耐高温 D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 应用体验 √ 应用体验 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误； 纯碱、石灰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石，B项错误； 硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确； 沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。 归纳总结 硅酸(H2SiO3)的性质 (1)难溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液变红。 (2)与碱反应：H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。 (3)不稳定，受热易分解：H2SiO3 H2O+SiO2。 返回 > < 二 新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)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。 (2)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： 。 二、新型无机非金属材料 SiO2+2C Si+2CO↑ 三 ⅣA 半导 体 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： 思考1 其中涉及的主要反应的化学方程式是什么？ 提示　①SiO2+2C Si+2CO↑； ②Si+3HCl SiHCl3+H2； ③SiHCl3+H2 Si+3HCl。 阅读情景素材，回答下列问题： 素材1　SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。 素材2　氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。 思考2 (1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？ 思考2 提示　SiO2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，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。 (2)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。 思考2 提示　不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。 (3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ 提示　NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞与瓶口黏结在一起。 (4)SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。 思考2 提示　不能，因为SiO2与水不反应。SiO2 Na2SiO3 H2SiO3。 化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O，Na2SiO3+H2O+CO2=== Na2CO3+H2SiO3↓。 归纳总结 SiO2的性质 (3)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅用于制造 和 。 ② 用于生产光导纤维。 芯片 硅太阳能电池 二氧化硅 2.新型陶瓷 (1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 (2)特性和功能：在 、 、 、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (3)碳化硅(SiC)俗称 ，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 (4)常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 光学 热学 电学 金刚砂 3.碳纳米材料 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C60 — 制碳纳米材料 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 碳原子 新型材料 结构 性能 用途 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，有相当高的强度和优良的电学性能 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 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池、复合材料等 石墨片层 一个碳原子直径 1.判断正误 (1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料 (2)石英砂可用于生产单晶硅 (3)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 (4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 (5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于硅 应用体验 √ × × √ √ 2.(2024·广州高一期中)硅及其化合物是重要的新型无机非金属材料。下列说法不正确的是 A.高温下用焦炭还原SiO2制备粗硅 B.SiO2与水反应生成硅酸 C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一 D.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得 应用体验 √ SiO2不与水反应，可以通过硅酸钠与盐酸反应制备硅酸，故选B。 3.(2024·黑龙江大庆高一期中)从科技前沿到人类的日常生活，化学无处不在。下列说法正确的是 A.国产大型飞机C919用到的氮化硅高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 B.量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同位素 C.清华大学获芯片领域重要突破，相关成果在《科学》杂志发表，芯片的 主要成分是二氧化硅 D.常温下Si的化学性质稳定，在自然界中硅主要以单质形式存在 应用体验 √ 应用体验 螺旋碳纳米管和石墨烯都是碳元素形成的单质，两者互为同素异形体，B错误； 芯片的主要成分为单质硅，C错误； 常温下Si的化学性质稳定，但是在自然界中硅主要以化合态的形式存在，D错误。 返回 随堂演练　知识落实 纯碱的主要成分是碳酸钠，故选D。 1.(2024·哈尔滨高一期中)下列物质的主要成分不是二氧化硅的是 A.水晶 B.光导纤维 C.石英 D.纯碱 √ 1 2 3 4 2.(2024·安徽蚌埠高一段考)“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。由石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下： 下列说法错误的是 A.反应①②③均为置 换反应 B.SiO2能溶于烧碱溶 液和氢氟酸，故为两性氧化物 C.X为CO D.流程中HCl和H2可以循环利用 √ 1 2 3 4 石英砂与焦炭在高温下发生置换反应，生成CO和粗硅；粗硅与HCl在300 ℃时发生置换反应生成SiHCl3和H2；SiHCl3与H2在高温下发生置换反应，可制得高纯硅和HCl，反应①②③均为置换反应，A、C正确； SiO2是酸性氧化物，B错误； 流程中HCl和H2都是 既在反应中使用，又 在反应中生成，所以 二者都可以循环利用，D正确。 1 2 3 4 3.(2023·西安第八十五中学高一期中)下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是 ①氢氟酸　②NaHSO4　③KNO3　④石灰水　⑤CuSO4　⑥NaOH　 ⑦Na2SiO3 A.④⑧⑦ B.①④⑥⑦ C.①③⑤ D.①④⑥ 1 2 3 4 √ 1 2 3 氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，所以存放HF不能使用磨口玻璃塞，①符合题意； NaHSO4、KNO3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； CuSO4与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合题意； 4 1 2 3 NaOH与二氧化硅反应生成黏性的硅酸钠，导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，所以存放氢氧化钠溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合题意； 黏性的硅酸钠，会导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合题意。 4 4.(2024·乌鲁木齐高一段考)硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。请回答下列问题： (1)下列物质不属于硅酸盐的是　　　　(填字母)。  A.陶瓷　 B.玻璃　 C.水泥　 D.生石灰 (2)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是　　　　(填化学式)，SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为 　　　　　　　　 　　　　。 1 2 3 4 D Si SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (3)工艺师常用　　　　(填物质名称)来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为　　　　　　 　　　　　。  (4)工业上常用2C+SiO2 Si+2CO↑制备硅单质，该反应中有元素化 合价升高的物质是　　　(填化学式，下同)，氧化剂是　　　。  1 2 3 4 氢氟酸 SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O C SiO2 返回 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 D B D B B A C D 题号 9 10 11 答案 A C B 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 (1)SiO2+2C Si+2CO↑　1∶2 (2)防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条) (3)SiHCl3+3H2O===H2↑+H2SiO3↓+3HCl (4)H2、HCl 12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 (1)2C+SiO2 2CO↑+Si (2)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O (3)Si+2H+===H2SiO3↓ (4)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (5)CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑ 13. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 (1)排尽装置中的O2、CO2、水蒸气，避免其对实验产生干扰　 (2)作安全瓶，防止倒吸　 (3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2+4C 2CO2↑+2CO↑+3Si　 (4)无尾气吸收装置　 (5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊 14. 瓷器属于硅酸盐材料，由多种物质构成，属于混合物，故选D。 题组一　硅酸盐材料 1.(2024·山东聊城高一段考)世界瓷都——泉州德化盛产陶瓷，下列说法不正确的是 A.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 B.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 C闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 D.高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 玻璃、陶瓷、水泥属于传统的硅酸盐产品，碳化硅属于新型无机非金属材料，故选B。 2.(2024·哈尔滨高一期中)下面关于硅及其化合物的叙述错误的是 A.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料在玻璃窑中熔融制成 B.玻璃、陶瓷、水泥、碳化硅都属于传统的硅酸盐产品 C.因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液 D.太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、 节能 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 3.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是 A.水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀 B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料 C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 √ 水玻璃为硅酸钠的水溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 题组二　新型无机非金属材料 4.(2024·三亚高一检测)下列关于二氧化硅的说法正确的是 A.工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1 mol C能置换出1 mol Si B.二氧化硅具有酸性氧化物的通性 C.二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应 D.由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 由SiO2+2C===Si+2CO↑可知1 mol C理论上能置换出0.5 mol Si，A错误； SiO2能与氢氟酸反应，C错误； 硅酸的酸性比碳酸弱，所以SiO2不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 新型陶瓷不限于传统的硅酸盐体系，故选B。 5.(2024·贵州遵义高一段考)贵州三大代表性陶器品类包括平塘牙舟陶、织金砂陶和遵义余庆陶。下列有关陶瓷的说法错误的是 A.陶瓷烧制过程中发生了化学变化 B.新型陶瓷和传统陶瓷一样都是硅酸盐材料 C.新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 D.高温结构陶瓷可应用于火箭发动机 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 6.碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2~20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是 A.碳纳米管是一种胶体 B.石墨烯卷成管状结构发生了化学变化 C.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 D.根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶体，A错误； 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，可以用作催 化剂的载体，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 7.(2023·安徽阜阳高一检测)下列表述正确的是 A.SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧 化物 B.因为Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D.CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 二氧化硅与HF反应不生成盐，则二氧化硅不是两性氧化物，A错误； CO2与碳反应生成一氧化碳，二氧化碳中碳的化合价降低，作氧化剂，SiO2与碳反应生成一氧化碳和硅，二氧化硅中硅元素化合价降低，作氧化剂，C正确； CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由原子构成的化合物，二者物理性质不同，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 对点训练 8.(2023·威海高一期中)由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法不正确的是 A.SiO2可用于制造光导纤维 B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4 C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代 D.若在实验室中完成步骤 Ⅲ，一般在蒸发皿中进行 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 答案 综合强化 步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀，化学方程式是Na2SiO3+ H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4，B项正确； 碳酸的酸性强于硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C项正确； 若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行，蒸发皿不能用于灼烧固体，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 9.(2024·南宁高一期中)下列关于硅元素及其化合物的说法正确的是 ①硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水等特点 ②现代建筑物大量使用的沙子和水泥都是硅酸盐材料 ③水晶项链和石英玻璃都是硅酸盐材料 ④陶瓷是具有悠久历史的硅酸盐材料 ⑤光导纤维的主要原料是二氧化硅 ⑥高纯度的硅单质具有非常好的导电能力 A.①④⑤ B.①②③⑥ C.①②④⑤ D.②③④⑥ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 ②沙子、③水晶和石英的主要成分为二氧化硅，二氧化硅为氧化物，不是硅酸盐； ⑥硅导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 10.(2024·重庆高一期中)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃，密度为1.34 g· cm-3)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是 A.装置Ⅲ的烧杯中盛装的是冰水 B.实验时，应先加热管式炉，再 打开活塞K C.该实验中滴加13.55 mL SiHCl3， 制得高纯硅2.814 g，则SiHCl3的利用率为75% D.为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 装置Ⅰ制备氢气，氢气中含有水蒸气，会对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供 SiHCl3气体，应在水浴中加 热，A错误； 实验时应先通入氢气，目的 是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 SiHCl3的密度为1.34 g·cm-3，体积13.55 mL，则SiHCl4的质量为18.157 g，根据SiHCl3+H2 Si+3HCl，实际消耗SiHCl3的质量为× 135.5 g·mol-1=13.617 75 g，则 SiHCl3的利用率为× 100%=75%，C正确； 铁单质与盐酸反应生成亚铁离子，不能用硫氰化钾溶液检验，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 11.氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料，用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)： 下列叙述不正确的是 A.“还原”反应的化学方 程式为SiO2+2C Si +2CO↑ B.粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料 C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜网 D.“稀酸Y”可选用稀硝酸 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 “还原”反应是用焦炭把二氧化硅还原为粗硅，反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑，故A正确； 粗硅提纯所得的高纯硅是制造芯片的材料，故B错误； “操作X”是除去氮气 中的少量氧气，可将原 料气通过灼热的铜网， 故C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物，硝酸能溶解Fe、Cu，所以“稀酸Y”可选用稀硝酸，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 12.高纯硅用于制作光伏电池，如图是一种生产高纯硅的工艺流程图： 已知：①流化床反应器的主反应：Si+3HCl SiHCl3+H2；②还原炉的主反应：SiHCl3+H2 Si+3HCl；③SiHCl3极易水解。 (1)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　。 1∶2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 SiO2+2C Si+2CO↑ 答案 综合强化 石英砂与焦炭在高温下反应制备粗硅的化学方程式为SiO2+2C Si +2CO↑；石英砂和焦炭生成SiC的化学方程式为SiO2+3C SiC+ 2CO↑，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 SiHCl3极易水解，反应产生的氢气与氧气反应易发生爆炸，并且硅也与O2反应，因此整个操作流程都需隔绝空气。 (2)整个操作流程都需隔绝空气，原因是____________________________ _______________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条) 防止SiHCl3发生水解、防止硅 答案 综合强化 根据题意，SiHCl3极易发生水解反应生成H2，同时反应产生HCl、H2SiO3，则SiHCl3水解的化学方程式为SiHCl3+3H2O===H2↑+H2SiO3↓ +3HCl。 (3)SiHCl3极易发生水解反应，其生成物之一是一种可燃性气体，则SiHCl3水解的化学方程式为　　　　 　　　　　　　　。 SiHCl3+3H2O===H2↑+H2SiO3↓+3HCl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 还原炉中SiHCl3与H2反应生成硅单质，化学方程式为SiHCl3+ H2=== Si+3HCl，根据流程转化分析可知上述操作流程中可以循环利用的物质是H2、HCl。 (4)上述操作流程中可以循环利用的物质是　　 　　。 H2、HCl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 13.如图是硅及其化合物的“价—类”二维图，根据要求完成下列化学(或离子)方程式。 (1)利用焦炭在电炉中还 原二氧化硅的化学方程 式为________________ __________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2C+SiO2 2CO↑+Si 答案 综合强化 (2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为　　　　　　　　 　　　。  (3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为____________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O Si+2H+===H2SiO3↓ 答案 综合强化 (4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为________________________ _______。  (5)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__________________ 　　　　　 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 SiO2+2NaOH===Na2SiO3 +H2O CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑ 答案 综合强化 14.某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O ===CO2+2HCl+Pd↓(产生 黑色金属钯粉末，使溶液 变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时 间的N2，其原因是______ _______________________________________________。  (2)装置B的作用是　　　  　　　　。 装置中的O2、CO2、水蒸气，避免其对实验产生干扰 排尽 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 作安全瓶，防止倒吸 答案 综合强化 (3)装置C、D中所盛试剂分别为　　　　 　、　　　　　，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化 学方程式为　　 　　。 澄清石灰水 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 PdCl2溶液 3SiO2+4C 2CO2↑+2CO↑+3Si 答案 综合强化 根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 综合强化 (4)该装置的缺点是　 　　　。 无尾气吸收装置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 一氧化碳有毒，不能排放到空气中。 答案 综合强化 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：__________________________ _______________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 向Na2SiO3溶液中通入CO2气 体，溶液变浑浊 答案 综合强化 验证碳酸、硅酸的酸性强弱，先将产生的CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应：CO2+ H2O+Na2SiO3===Na2CO3+H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 返回 答案 综合强化 本课结束 第五章 <<< $$ 第三节　无机非金属材料 [核心素养发展目标]　1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。 一、硅酸盐材料 1.无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 2.常见的硅酸盐材料 项目 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 黏土 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 主要原料：石灰石、黏土 辅料：适量的石膏 设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 主要成分 含水的铝硅酸盐 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) — 性能 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 透光性好、硬度大、无固定熔点 遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定 用途 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维等 大量用于建筑和水利工程 思考1　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。 提示　Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3、CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。 思考2　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？ 提示　在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)：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高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 1.判断正误 (1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土(　　) (2)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(　　) (3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(　　) (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)√ 2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，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。 (1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是Si+2H+===H2SiO3↓。 (2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是Si+2CO2+2H2O===H2SiO3↓+2HC。 3.(2023·日照高一月考)“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(　　) A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C.硅酸盐制品的性质稳定、耐高温 D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 答案　C 解析　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰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石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。 硅酸(H2SiO3)的性质 (1)难溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液变红。 (2)与碱反应：H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。 (3)不稳定，受热易分解：H2SiO3H2O+SiO2。 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)硅 硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA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，是应用最广泛的半导体材料。 (2)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：SiO2+2CSi+2CO↑。 思考1　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？ 提示　①SiO2+2CSi+2CO↑；②Si+3HClSiHCl3+H2；③SiHCl3+H2Si+3HCl。 思考2　阅读情景素材，回答下列问题： 素材1　SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。 素材2　氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。 (1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？ 提示　SiO2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，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。 (2)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。 提示　不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。 (3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ 提示　NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞与瓶口黏结在一起。 (4)SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。 提示　不能，因为SiO2与水不反应。SiO2Na2SiO3H2SiO3。化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O，Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓。 SiO2的性质 (3)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅用于制造芯片和硅太阳能电池。 ②二氧化硅用于生产光导纤维。 2.新型陶瓷 (1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 (2)特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (3)碳化硅(SiC)俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 (4)常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 3.碳纳米材料 碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，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 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60 — 制碳纳米材料 碳纳米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池、复合材料等 1.判断正误 (1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料(　　) (2)石英砂可用于生产单晶硅(　　) (3)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(　　) (4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料(　　) (5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于硅(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√ 2.(2024·广州高一期中)硅及其化合物是重要的新型无机非金属材料。下列说法不正确的是(　　) A.高温下用焦炭还原SiO2制备粗硅 B.SiO2与水反应生成硅酸 C.SiO2是制取传统硅酸盐产品玻璃的原料之一 D.“水玻璃”可以由SiO2与NaOH溶液反应制得 答案　B 解析　SiO2不与水反应，可以通过硅酸钠与盐酸反应制备硅酸，故选B。 3.(2024·黑龙江大庆高一期中)从科技前沿到人类的日常生活，化学无处不在。下列说法正确的是(　　) A.国产大型飞机C919用到的氮化硅高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 B.量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同位素 C.清华大学获芯片领域重要突破，相关成果在《科学》杂志发表，芯片的主要成分是二氧化硅 D.常温下Si的化学性质稳定，在自然界中硅主要以单质形式存在 答案　A 解析　螺旋碳纳米管和石墨烯都是碳元素形成的单质，两者互为同素异形体，B错误；芯片的主要成分为单质硅，C错误；常温下Si的化学性质稳定，但是在自然界中硅主要以化合态的形式存在，D错误。 1.(2024·哈尔滨高一期中)下列物质的主要成分不是二氧化硅的是(　　) A.水晶 B.光导纤维 C.石英 D.纯碱 答案　D 解析　纯碱的主要成分是碳酸钠，故选D。 2.(2024·安徽蚌埠高一段考)“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。由石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下： 下列说法错误的是(　　) A.反应①②③均为置换反应 B.SiO2能溶于烧碱溶液和氢氟酸，故为两性氧化物 C.X为CO D.流程中HCl和H2可以循环利用 答案　B 解析　石英砂与焦炭在高温下发生置换反应，生成CO和粗硅；粗硅与HCl在300 ℃时发生置换反应生成SiHCl3和H2；SiHCl3与H2在高温下发生置换反应，可制得高纯硅和HCl，反应①②③均为置换反应，A、C正确；SiO2是酸性氧化物，B错误；流程中HCl和H2都是既在反应中使用，又在反应中生成，所以二者都可以循环利用，D正确。 3.(2023·西安第八十五中学高一期中)下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是(　　) ①氢氟酸　②NaHSO4　③KNO3　④石灰水　⑤CuSO4　⑥NaOH　⑦Na2SiO3 A.④⑧⑦ B.①④⑥⑦ C.①③⑤ D.①④⑥ 答案　B 解析　氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，所以存放HF不能使用磨口玻璃塞，①符合题意；NaHSO4、KNO3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；CuSO4与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合题意；NaOH与二氧化硅反应生成黏性的硅酸钠，导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，所以存放氢氧化钠溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合题意；黏性的硅酸钠，会导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合题意。 4.(2024·乌鲁木齐高一段考)硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。请回答下列问题： (1)下列物质不属于硅酸盐的是　　　　(填字母)。  A.陶瓷　B.玻璃　C.水泥　D.生石灰 (2)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是　　　　(填化学式)，SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。  (3)工艺师常用　　　　(填物质名称)来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。  (4)工业上常用2C+SiO2Si+2CO↑制备硅单质，该反应中有元素化合价升高的物质是　　　　(填化学式，下同)，氧化剂是　　　。  答案　(1)D　(2)Si　SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O　(3)氢氟酸　SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O　(4)C　SiO2 　　　　 课时对点练　[分值：100分] (选择题1~11题，每小题6分，共66分) 题组一　硅酸盐材料 1.(2024·山东聊城高一段考)世界瓷都——泉州德化盛产陶瓷，下列说法不正确的是(　　) A.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 B.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 C闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 D.高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物 答案　D 解析　瓷器属于硅酸盐材料，由多种物质构成，属于混合物，故选D。 2.(2024·哈尔滨高一期中)下面关于硅及其化合物的叙述错误的是(　　) A.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料在玻璃窑中熔融制成 B.玻璃、陶瓷、水泥、碳化硅都属于传统的硅酸盐产品 C.因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液 D.太阳能电池的主要成分是硅，太阳能电池在生活中的应用有利于环保、节能 答案　B 解析　玻璃、陶瓷、水泥属于传统的硅酸盐产品，碳化硅属于新型无机非金属材料，故选B。 3.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是(　　) A.水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀 B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料 C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 答案　D 解析　水玻璃为硅酸钠的水溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。 题组二　新型无机非金属材料 4.(2024·三亚高一检测)下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) A.工业上用二氧化硅制取单质硅时，理论上1 mol C能置换出1 mol Si B.二氧化硅具有酸性氧化物的通性 C.二氧化硅能与碱反应，不能与任何酸反应 D.由于硅酸比碳酸的酸性弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应 答案　B 解析　由SiO2+2C===Si+2CO↑可知1 mol C理论上能置换出0.5 mol Si，A错误；SiO2能与氢氟酸反应，C错误；硅酸的酸性比碳酸弱，所以SiO2不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应，D错误。 5.(2024·贵州遵义高一段考)贵州三大代表性陶器品类包括平塘牙舟陶、织金砂陶和遵义余庆陶。下列有关陶瓷的说法错误的是(　　) A.陶瓷烧制过程中发生了化学变化 B.新型陶瓷和传统陶瓷一样都是硅酸盐材料 C.新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 D.高温结构陶瓷可应用于火箭发动机 答案　B 解析　新型陶瓷不限于传统的硅酸盐体系，故选B。 6.碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2~20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是(　　) A.碳纳米管是一种胶体 B.石墨烯卷成管状结构发生了化学变化 C.石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 D.根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体 答案　A 解析　胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶体，A错误；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，可以用作催化剂的载体，D正确。 7.(2023·安徽阜阳高一检测)下列表述正确的是(　　) A.SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物 B.因为Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D.CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似 答案　C 解析　二氧化硅与HF反应不生成盐，则二氧化硅不是两性氧化物，A错误；CO2与碳反应生成一氧化碳，二氧化碳中碳的化合价降低，作氧化剂，SiO2与碳反应生成一氧化碳和硅，二氧化硅中硅元素化合价降低，作氧化剂，C正确；CO2是由分子构成的化合物，SiO2是由原子构成的化合物，二者物理性质不同，D错误。 8.(2023·威海高一期中)由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法不正确的是(　　) A.SiO2可用于制造光导纤维 B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4 C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代 D.若在实验室中完成步骤 Ⅲ，一般在蒸发皿中进行 答案　D 解析　步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀，化学方程式是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4，B项正确；碳酸的酸性强于硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C项正确；若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行，蒸发皿不能用于灼烧固体，D项错误。 9.(2024·南宁高一期中)下列关于硅元素及其化合物的说法正确的是(　　) ①硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水等特点 ②现代建筑物大量使用的沙子和水泥都是硅酸盐材料 ③水晶项链和石英玻璃都是硅酸盐材料 ④陶瓷是具有悠久历史的硅酸盐材料 ⑤光导纤维的主要原料是二氧化硅 ⑥高纯度的硅单质具有非常好的导电能力 A.①④⑤ B.①②③⑥ C.①②④⑤ D.②③④⑥ 答案　A 解析　②沙子、③水晶和石英的主要成分为二氧化硅，二氧化硅为氧化物，不是硅酸盐；⑥硅导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料。 10.(2024·重庆高一期中)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃，密度为1.34 g·cm-3)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是(　　) A.装置Ⅲ的烧杯中盛装的是冰水 B.实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C.该实验中滴加13.55 mL SiHCl3，制得高纯硅2.814 g，则SiHCl3的利用率为75% D.为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液 答案　C 解析　装置Ⅰ制备氢气，氢气中含有水蒸气，会对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的作用是除去氢气中的水蒸气，即装置Ⅱ中盛放浓硫酸，装置Ⅲ的作用是提供SiHCl3气体，应在水浴中加热，A错误；实验时应先通入氢气，目的是排出装置中的空气，防止发生危险，B错误；SiHCl3的密度为1.34 g·cm-3，体积13.55 mL，则SiHCl4的质量为18.157 g，根据SiHCl3+H2Si+3HCl，实际消耗SiHCl3的质量为×135.5 g·mol-1=13.617 75 g，则SiHCl3的利用率为×100%=75%，C正确；铁单质与盐酸反应生成亚铁离子，不能用硫氰化钾溶液检验，D错误。 11.氮化硅(Si3N4)是一种重要的高温结构陶瓷材料，用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)： 下列叙述不正确的是(　　) A.“还原”反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ B.粗硅提纯所得的高纯硅是制造光导纤维的材料 C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜网 D.“稀酸Y”可选用稀硝酸 答案　B 解析　“还原”反应是用焦炭把二氧化硅还原为粗硅，反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，故A正确；粗硅提纯所得的高纯硅是制造芯片的材料，故B错误；“操作X”是除去氮气中的少量氧气，可将原料气通过灼热的铜网，故C正确；粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物，硝酸能溶解Fe、Cu，所以“稀酸Y”可选用稀硝酸，故D正确。 12.(10分)高纯硅用于制作光伏电池，如图是一种生产高纯硅的工艺流程图： 已知：①流化床反应器的主反应：Si+3HClSiHCl3+H2；②还原炉的主反应：SiHCl3+H2Si+3HCl；③SiHCl3极易水解。 (1)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。  (2)整个操作流程都需隔绝空气，原因是　　　 　　　 (答出两条即可)。 (3)SiHCl3极易发生水解反应，其生成物之一是一种可燃性气体，则SiHCl3水解的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。  (4)上述操作流程中可以循环利用的物质是　　　　。  答案　(1)SiO2+2CSi+2CO↑　1∶2 (2)防止SiHCl3发生水解、防止硅被氧化、防止氢气与氧气反应而发生爆炸(任写两条) (3)SiHCl3+3H2O===H2↑+H2SiO3↓+3HCl (4)H2、HCl 解析　(1)石英砂与焦炭在高温下反应制备粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑；石英砂和焦炭生成SiC的化学方程式为SiO2+3CSiC+2CO↑，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶2。 (2)SiHCl3极易水解，反应产生的氢气与氧气反应易发生爆炸，并且硅也与O2反应，因此整个操作流程都需隔绝空气。 (3)根据题意，SiHCl3极易发生水解反应生成H2，同时反应产生HCl、H2SiO3，则SiHCl3水解的化学方程式为SiHCl3+3H2O===H2↑+H2SiO3↓+3HCl。 (4)还原炉中SiHCl3与H2反应生成硅单质，化学方程式为SiHCl3+ H2===Si+3HCl，根据流程转化分析可知上述操作流程中可以循环利用的物质是H2、HCl。 13.(10分)如图是硅及其化合物的“价—类”二维图，根据要求完成下列化学(或离子)方程式。 (1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)硅酸钠与强酸反应转化为硅酸的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)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　　　 　　　　　　　　。  答案　(1)2C+SiO22CO↑+Si　(2)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O　(3)Si+2H+===H2SiO3↓　(4)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (5)CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑ 14.(14分)某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O===CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是　　　 　　　　。  (2)装置B的作用是　　　 　　　　。  (3)装置C、D中所盛试剂分别为　　　　　　　、　　　　　　，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为　　　　。  (4)该装置的缺点是　　　　。  (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：　　　 　　　　。  答案　(1)排尽装置中的O2、CO2、水蒸气，避免其对实验产生干扰　(2)作安全瓶，防止倒吸　(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si　(4)无尾气吸收装置　(5)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊 解析　(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，先将产生的CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应：CO2+H2O+Na2SiO3===Na2CO3+H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。 学科网（北京）股份有限公司 $$