第06讲 无机非金属材料 -2022-2023学年高一化学精讲精练（人教版2019必修第二册）（原卷版）

无机非金属材料考点精讲一、硅酸盐材料1．硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了，Si在中心，O在的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互。2．硅酸盐材料产品原料主要设备主要成分用途陶瓷(主要成分为含水的铝硅酸盐)——硅酸盐建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等玻璃(普通)、、玻璃窑Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥、、适量石膏水泥回转窑建筑和水利工程注意：由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”，可知反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。二、新型无机非金属材料1．硅和二氧化硅（1）硅元素的存在与结构存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第二位氧化物和硅酸盐第周期、第族（2）单质硅的制备 （3）硅和二氧化硅的用途2．新型陶瓷（1）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。（2）碳化硅(SiC)俗称，碳原子和硅原子通过连接，具有类似金刚石的结构，硬度，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。3．碳纳米材料碳纳米材料在等领域有着广阔的应用前景。结构特点应用富勒烯由原子构成的一系列笼形分子的总称代表物开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳纳米管由片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径用于生产、电池和等石墨烯只有碳原子直径厚度的单层石墨应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等考点1：硅酸盐材料【例1】下列物质不属于硅酸盐的是(　　)A．黏土B．石英　C．Al2Si2O5(OH)4D．Mg2SiO4【例2】含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是(　　)A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应C．普通水泥的主要成分是硅酸盐D．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂1．玻璃、水泥、陶瓷等均为混合物。2．生产水泥与陶瓷的共同原料是黏土，生产水泥与玻璃的共同原料是石灰石。3．生产玻璃涉及的两个主要化学反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。1．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SiO2D．硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料2．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为(　　)A．CaO·MgO·SiO2·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O3．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，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，下列有关说法中正确的是(　　)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、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐考点2：硅与二氧化硅【例3】单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为①SiO2＋2CSi＋2CO↑②Si＋2Cl2SiCl4③SiCl4＋2H2Si＋4HCl 下列对上述三个反应的叙述中，错误的是(　　)A．①③为置换反应B．②为化合反应C．①②③均为氧化还原反应D．三个反应的反应物中硅元素均被还原【例4】下列关于的叙述正确的是（）①能与水反应生成硅酸②对应的水化物是可溶性弱酸③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，和的分子结构也相同④既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故是两性氧化物⑤中硅元素为价，故具有氧化性⑥在中，每个硅原子结合2个氧原子A．①③⑤B．①②④⑥C．③D．⑤注意区分硅和二氧化硅的用途（1）硅作半导体材料，利用的是其导电性，其传导的是电。（2）二氧化硅作光导纤维，利用的是其传导信号几乎不减弱的优异性能，其传导的是光或信号。1．下列物质不与二氧化硅反应的是(　　)A．烧碱　　B．氢氟酸　　C．硝酸　　D．生石灰2．光导纤维已成为信息社会必不可少的高技术材料。下列物质用于制造光导纤维的是(　　)A．金刚石B．大理石C．铝合金D．二氧化硅3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。（1）)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　)（2）Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑(　　)（3）SiO2＋2CSi＋2CO↑(　　)（4）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(　　)A．常应用于刻蚀玻璃B．氧化性 C．酸性氧化物的通性D．将挥发性酸酐从其盐中置换出来4．我国科学家成功研制了超分子纳米管，下列叙述不正确的是（       ）A．该超分子性质稳定，不与任何酸发生反应B．是酸性氧化物C．在工业上可用于制造光导纤维D．与碱的反应是非氧化还原反应5．500多年前，一艘载着天然苏打晶体(Na2CO3·10H2O)的商船在航行中搁浅，船员们便在附近的沙滩上用几块苏打晶体支锅煮饭。之后他们惊奇地发现，在苏打与沙粒接触的地方出现了许多晶莹发亮的珠子。回答下列问题:（1）沙滩上沙粒的主要成分为_______(填化学式)。（2）上述晶莹发亮的珠子可能是______(填字母)。A．水晶颗粒          B．无水碳酸钠          C．晶体硅          D．玻璃珠（3）生成该珠子时发生反应的化学方程式为_____________。（4）氢氟酸常用作玻璃的蚀刻剂，原因是______________(用化学方程式表示)。考点3：新型无机非金属材料【例5】近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(　　)石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料A．石墨烯具有良好的导电性B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同【例6】我国已研制出了一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐热且不易传热的材料来制造的，这种材料是(　　)A．普通硅酸盐陶瓷　　B．氮化硅陶瓷 C．光导纤维D．玻璃钢1．新型陶瓷新型陶瓷在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，如碳化硅(化学式为SiC)俗称金刚砂，其中碳原子和硅原子以共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度大，还具有优良的高温抗氧化性能。（1）高温结构陶瓷，原料为碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优良性能。（2）压电陶瓷，原料为钛酸盐和钴酸盐，实现机械能与电能的相互转化。（3）透明陶瓷，有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氧化钙等非氧化物陶瓷，具有优良的光学性能、耐高温、绝缘性好。（4）超导陶瓷，在某一临界温度下电阻为零，具有超导性。2．碳纳米材料（1）富勒烯(代表物C60)是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。（2）碳纳米管可以看成石墨片层卷成的管状物。特点：比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。（3）石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨。特点：电阻力低、热导率高、具有很高的强度。1．碳纳米材料是近年来人们非常关注的一类新型无机非金属材料，下列关于碳纳米材料的说法中不正确的是（）A．C60是富勒烯的代表物，C60的摩尔质量为720g/molB．碳纳米管可用于生产电池和传感器C．石墨烯与石墨都具有导电性D．石墨烯的性质稳定，在氧气中不能燃烧2．石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它是一种透明、良好的导体；石墨烯是由碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构（如图所示）的一种碳单质新材料，它是构建富勒烯、碳纳米管的基本单元。利用石墨烯可制造晶体管、太阳能电池板等。下列有关石墨烯的说法不正确的是（） A．石墨烯具有优良的导电、导热性能B．石墨烯是一种新型的无机非金属材料C．石墨烯与富勒烯的结构相同D．石墨烯、富勒烯、碳纳米管都是由碳元素组成的3．氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。（1）根据以上描述，推测氮化硅可能有哪些用途：___________(填字母)。a.制作坩埚       b.用作建筑陶瓷       c.制作耐高温轴承       d.制作切削刀具（2）请写出氮和硅的原子结构示意图______，并根据元素周期律的知识，写出氮化硅的化学式______。（3）氮化硅在19世纪已经被化学家合成出来，但直到100多年后才逐渐应用于工业领域。材料的基础研究和实际应用之间存在着一定距离，你认为二者之间的关系是怎样的_______？请查阅相关资料，与同学交流你的观点。4．已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示转化，反应中部分生成物已略去。其中，A、G为非金属单质，且常湿下呈固态，形成G单质的元素在地壳中含量居第二位，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种能形成酸雨的大气污染物。请回答下列问题：（1）写出E的两种用途：______、______。（2）反应②的离子方程式为。（3）反应③的化学方程式是。（4）反应④的离子方程式是。 （5）写出一个由A生成H的置换反应的化学方程式：。1．硅元素在周期表中的位置是(　　)A．第二周期ⅣA族　　B．第三周期ⅣA族C．第三周期ⅥA族D．第二周期ⅥA族2．下列物质中，不含有硅酸盐的是(　　)A．水玻璃　B．硅芯片　　C．黏土　D．普通水泥3．化学与人类社会的生产、生活有着密切联系。下列叙述中不正确的是(　　)A.用作涂料B.化学能转化为电能C.无机非金属材料D.有电热转化性能4．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是(　　)A．氮　　　　　　　　B．硫C．硅D．氯5．下列物质中主要成分不是二氧化硅的是(　　) A．干冰B．水晶C．玛瑙D．硅石6．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　)①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素　②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维　④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④7．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是(　　)A．水晶的主要成分是二氧化硅B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应8．下列应用利用的是含硅物质的氧化性的是(　　)A．用硅制造集成电路、晶体管等半导体器件B．在野外，用硅、消石灰、烧碱的混合物制取氢气：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH===Na2SiO3＋CaO＋2H2↑C．金刚砂的制备：SiO2＋3CSiC＋2CO↑D．单质硅的制备：SiO2＋2CSi＋2CO↑9．用石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；②Si(粗)＋2Cl2SiCl4③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl关于上述反应的叙述不正确的是(　　)A．①③是置换反应，②是化合反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅10．硅酸铜钡是当今用最新科学技术合成的一种物质，然而，科学家惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟也是硅酸铜钡。依据以上事实推测下列关于硅酸铜钡的说法错误的是(　　)A．硅酸铜钡属于硅酸盐B．硅酸铜钡难溶于水 C．硅酸铜钡难被氧化D．硅酸铜钡易溶于水11．《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事天文等领域的发展受到世界瞩目。它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是(　　)A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料B．“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机非金属材料C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅12．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是(　　)A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料13．高纯度硅是典型的“半导体”材料，在半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。工业上可按如下生产流程制取高纯度硅，下列有关这一工业流程的说法不正确的是(　　)A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑B．①③是置换反应，②是化合反应C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅14．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(　　)选项材料主要化学成分A水晶饰物二氧化硅B半导体材料硅C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英硅15．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是(　　)A．图中所有反应都不属于氧化还原反应 B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高16．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是(　　)A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料17．请回答下列问题：（1）耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是________(填化学式)，该物质的类别属于________(填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”)，实验室中不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放KOH溶液，原因是________________________(用离子方程式表示)。（2）硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。①1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是___________________________________________________。②玻璃是常用的硅酸盐材料，生产普通玻璃的主要材料有_______________，其制备过程中涉及的主要化学方程式为_______________________________________________。18．晶体硅(熔点1410℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：Ⅰ.高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅；Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HClSiHCl3＋H2)；Ⅲ.SiHCl3与过量的H2在1100～1200℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应。（1）第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为___________________________；上述反应中的氧化剂是________，还原剂是____________。（2）粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________________________________________。（3）实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：①装置B中的试剂是_________，装置C中的烧杯需要加热，目的是____________________________。 ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_______________________，装置D中发生反应的化学方程式是____________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_________________________________________________________。19．已知下列物质有如图所示转化关系，水和部分产物已略去。①X为不溶于水的坚硬固体，Z无固定熔点，是现代建筑中不可缺少的装饰材料；②无色气体A是引起温室效应的主要气体；③B、D均为难溶于水的白色固体；④高纯度的F是制造电脑芯片的一种非金属单质。据此回答下列问题：（1）B的化学式是________，F的名称是________。（2）由X、Y制F的过程中，Y作________(填“氧化”或“还原”)剂。（3）转化①的化学方程式为_______________________________________________。（4）转化②(A少量)的离子方程式为________。