第25講　硅　無(wú)機(jī)非金屬材料
1．掌握硅及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用。2．了解無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途。
考點(diǎn)一　硅和二氧化硅?1．硅單質(zhì)
Na2SiO3＋H2O　
Na2SiO3＋CO2↑　
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
[易錯(cuò)秒判](1)晶體硅的熔點(diǎn)高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料(　　)(2)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維(　　)(3)NaOH溶液、Na2CO3溶液均不能用玻璃瓶盛放(　　)(4)工業(yè)上用焦炭和二氧化硅制取粗硅時(shí)生成粗硅和CO2(　　)(5)SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，因此可用氫氟酸刻蝕玻璃(　　)答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
1．下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是(　　)A．硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體B．硅的導(dǎo)電性能介于導(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)發(fā)生反應(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：A.硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體，故A正確；B.硅元素在元素周期表中處于金屬元素和非金屬元素的過(guò)渡位置，硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，故B正確；C.硅在常溫下能和HF溶液、強(qiáng)堿溶液等反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；D.加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣反應(yīng)生成二氧化硅，能與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅，故D正確。
B.不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛放Na2SiO3溶液，因?yàn)镹a2SiO3溶液本身是一種黏合劑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C.SiO2與水不反應(yīng),所以制取硅酸時(shí)應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成可溶性硅酸鈉,然后硅酸鈉與CO2或鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓,C項(xiàng)正確；
回答下列相關(guān)問(wèn)題：(1)粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到SiHCl3(沸點(diǎn)為31.8 ℃)，只含有少量SiCl4(沸點(diǎn)為57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)為－84.7 ℃)，提純SiHCl3的方法為_(kāi)___________。答案：蒸餾　
(2)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置已略去)：?①在加熱D裝置前應(yīng)先打開(kāi)A裝置中分液漏斗的活塞，目的是_____________________________________________________。②C裝置中燒瓶需要加熱，采用的方法是________。答案：①用生成的H2排盡裝置內(nèi)的空氣，以防爆炸?、谒〖訜?br/>考點(diǎn)二　無(wú)機(jī)非金屬材料?1．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料包括水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。
2.新型無(wú)機(jī)非金屬材料——新型陶瓷
[易錯(cuò)秒判](1)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、瑪瑙都屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品(　　)(2)傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料(　　)(3)石英砂和黏土的主要成分均為硅酸鹽(　　)(4)“超輕海綿”使用的石墨烯是新型無(wú)機(jī)非金屬材料(　　)(5)壓電陶瓷能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化(　　)答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
1．(2024·云浮模擬)《天工開(kāi)物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無(wú)砂粘土而為之”“凡坯既成，干燥之后，則堆積窯中燃薪舉火”“澆水轉(zhuǎn)釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A．“粘土”是制磚瓦和水泥的主要原料B．“燃薪舉火”使“粘土”發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化C．沙子的主要成分為硅酸鹽D．泥坯燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦
2．世博會(huì)中國(guó)館——“東方之冠”由鋼筋、混凝土、7 000多塊鋁板和1 200多塊玻璃等建成。(1)鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，原因分別為_(kāi)____________、_______________________。(用化學(xué)方程式表示)解析：鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑、SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。答案：2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　
(2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是______________。制備普通玻璃主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________(任寫(xiě)一個(gè))。
(3)石英玻璃化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、膨脹系數(shù)小，是一種特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化學(xué)式)。答案：SiO2　
(4)要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是______(填字母)。A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝 D.鐵坩堝解析：普通玻璃坩堝中的二氧化硅能夠與熔融的氫氧化鈉反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；石英玻璃坩堝中的二氧化硅能夠與熔融的氫氧化鈉反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；氧化鋁坩堝中的氧化鋁能夠與熔融的氫氧化鈉反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；鐵與熔融的氫氧化鈉不反應(yīng)，故D正確。
3．氮化硅可用作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料，在航空航天、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由石英砂合成氮化硅粉末的路線(xiàn)如下：
其中—NH2中各元素的化合價(jià)與NH3相同。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學(xué)方程式表示其原因：____________________________。(2)圖示①～⑤的變化中，屬于氧化還原反應(yīng)的是________(填序號(hào))。(3)在反應(yīng)⑤中，3 ml Si(NH2)4在高溫下分解可得到1 ml 氮化硅粉末和8 ml A氣體，則氮化硅的化學(xué)式為_(kāi)_______。(4)在高溫下將SiCl4置于B和C兩種氣體的氣氛中，也能反應(yīng)生成氮化硅，B和C兩種氣體在一定條件下化合生成A。寫(xiě)出SiCl4與B和C兩種氣體反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________。
1．(2023·新高考山東卷)下列之物具有典型的齊魯文化特色，據(jù)其主要化學(xué)成分不能與其他三種歸為一類(lèi)的是(　　)A．泰山墨玉　　　　　　　B．龍山黑陶C．齊國(guó)刀幣 D．淄博琉璃解析：墨玉、黑陶、琉璃的主要成分屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，齊國(guó)刀幣的主要成分為青銅，屬于金屬材料。
2．(2022·新高考廣東卷)廣東一直是我國(guó)對(duì)外交流的重要窗口，館藏文物是其歷史見(jiàn)證。下列文物主要由硅酸鹽制成的是(　　)
解析：鎏金飾品屬于金屬材料，A項(xiàng)不符合題意；蒜頭紋銀盒的主要成分是銀，屬于金屬材料，B項(xiàng)不符合題意；瓷質(zhì)咖啡杯的主要成分是陶瓷，屬于硅酸鹽材料，C項(xiàng)符合題意；銅鍍金鐘座的主要成分是銅和金，屬于金屬材料，D項(xiàng)不符合題意。
3．(2022·新高考河北卷)定窯是宋代五大名窯之一，其生產(chǎn)的白瓷聞名于世。下列說(shuō)法正確的是(　　)A．傳統(tǒng)陶瓷是典型的絕緣材料B．陶瓷主要成分為SiO2和MgOC．陶瓷燒制的過(guò)程為物理變化D．白瓷的白色是因鐵含量較高
回答下列問(wèn)題：(1)制備SiHCl3時(shí)進(jìn)行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)將盛有硅粉的瓷舟置于管式爐中；(ⅲ)通入HCl，一段時(shí)間后接通冷凝裝置，加熱開(kāi)始反應(yīng)。操作(ⅰ)為_(kāi)__________________；判斷制備反應(yīng)結(jié)束的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是______________。圖示裝置存在的兩處缺陷是________________。
解析：利用Si和HCl(氣體)的反應(yīng)制備SiHCl3，實(shí)驗(yàn)前要檢查裝置氣密性，故操作(ⅰ)為檢查裝置氣密性。制備反應(yīng)結(jié)束時(shí)，Si完全反應(yīng)，SiHCl3(常溫下為無(wú)色液體)不再增加，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是管式爐中固體消失、燒瓶中無(wú)液體滴下。裝置中冷凝管的作用是冷凝SiHCl3，球形冷凝管中會(huì)有較多SiHCl3殘留，應(yīng)該選擇直形冷凝管；SiHCl3易水解，D中水蒸氣容易進(jìn)入C中，C和D之間應(yīng)增加吸收水蒸氣的裝置；NaOH溶液能吸收HCl，但不能吸收H2，應(yīng)在D后面增加處理H2的裝置。答案：檢查裝置氣密性　管式爐中固體消失、燒瓶中無(wú)液體滴下　使用球形冷凝管冷凝SiHCl3；C和D之間缺少吸水裝置；沒(méi)有處理H2的裝置(任寫(xiě)兩條)　
(2)已知電負(fù)性：Cl>H>Si，SiHCl3在濃NaOH溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________________。解析：已知電負(fù)性：Cl>H>Si，故SiHCl3中Cl、H為－1價(jià)，Si為＋4價(jià)，SiHCl3在濃NaOH溶液中反應(yīng)生成Na2SiO3、H2、NaCl，配平化學(xué)方程式為SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O。答案：SiHCl3＋5NaOH===Na2SiO3＋H2↑＋3NaCl＋2H2O　
(3)采用如下方法測(cè)定溶有少量HCl的SiHCl3純度。m1 g樣品經(jīng)水解、干燥等預(yù)處理過(guò)程得硅酸水合物后，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)操作：①______________________；②______________(填操作名稱(chēng))；③稱(chēng)量等操作，測(cè)得所得固體氧化物的質(zhì)量為m2 g。從下列儀器中選出①②中需使用的儀器，依次為_(kāi)_______(填標(biāo)號(hào))。測(cè)得樣品純度為_(kāi)_________________(用含m1、m2的代數(shù)式表示)。

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