2023年高一化学寒假复习第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属元素（解析版）.pdf

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1、第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属元素【学习目标】1 .了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产。2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。【基础知识】一、硅酸盐材料1、硅酸盐的结构：在硅酸盐中，S i和0构成了 硅氧四面体，S i在中心，0在 四面体 的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的0相互 连接。2、硅酸盐材料注 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S i O2+产品原料主要设

2、备主要成分用途陶瓷黏土（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）纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑N a zS i C h、C a S i C h、S i O2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥石灰石、黏土、适量石膏水泥回转窑硅酸盐建筑和水利工程N a 2 c o 3=N a 2 S i O 3+C O 2 T，S i C h+C a C C h C a S i C h+C C M。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（2）单质硅的制备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一位氧化物和硅酸盐2 8 4第

3、三周期、第IVA族Si（纯）+3HC1(3)硅和二氧化硅的用途计算机等的芯片一周一|硅太阳能电池醺 一L宙 丽生产光导纤维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(S i C)俗 称 金 刚 砂，碳原子和硅原子通过共 价 键 连接,具有类似金刚石的结构，硬度 很 大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还 耐 高 温，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 能源、信息、医药 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 C60开启碳纳米材料

4、研究和应用的新时代碳纳米管由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径用 于 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应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等【考点剖析】考点一传统无机非金属材料1 .硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。下面有关硅酸盐材料的说法，正 确 的 是()A.普通玻璃的主要成分是纯碱、石灰石和石英B.制造水泥的主要原料是石灰石和黏土C.水玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D.陶器比瓷器的结构致密，几乎不吸水答 案 B解析 普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅；水玻J离是硅酸钠的水溶液：竟器的结构致密，几乎不吸水

5、。2.制造水泥和普通玻璃都需要的原料是（）A.石灰石 B.黏土C.纯 碱 D.硅酸钠答 案 A解析 生产玻孑离的原料是纯碱、石灰石和石英砂；生产水泥以黏土和石灰石为主要原料。考点二新型无机非金属材料3.被誉为21世 纪“材料之星”的是（）A.石英砂 B.钛合金材料C.纳 米 材 料 D.半导体硅晶片答 案 C解析 被誉为21世 纪“材料之星”的是纳米材料，其中碳纳米管是一种奇异分子，它是使用一种特殊的化学气相方法，使碳原子形成长链来生长出的超细管子，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。4.碳化硅（SiC）陶瓷基复合材料是一种新型热结构材料。

6、在空气中，碳化硅能与熔融的氢氧化钠发生反应:SiC+2NaOH+2O2=M=Na2SiO3+X+H2。,下列有关X物质的化学式推断中，正确的是（）A.SiO2 B.CO C.CO2 D.Na2co3答 案C解析 根据反应的化学方程式和质量守恒定律可知X 物质的化学式为CO2o5.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答 案 D解析 碳纳米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性质不同；它们都是碳单质，都是纯净物，在通常

7、情况下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。6.太空航天器常穿上用新型陶瓷材料制成的“外衣”，在穿越大气层时，能克服“热障”安全返回地面，这种外衣主要利用了材料的（）A.绝 缘 性 好 B.密度大C.耐高温和隔热性好D.硬度大答 案 C解析 因为航天器在穿过稠密的大气层返回地球的过程中与大气剧烈摩擦，产生高温，为了防止烧毁航天器，所以这种材料应具备耐高温的特点；还有要防止舱内温度过高导致对宇航员产生危险，这种材料还应具备隔热性好的特点。考点三硅和二氧化硅7.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是（）A.晶体

8、硅和金刚石的物理性质相似B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电答 案 A解析 晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应：晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。8.下列关于硅及其化合物的说法中，正确的是（）A.硅可用于制造光导纤维B.水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品C.可用反应Na2SiO3+2HCI

9、=2NaCl+H2SiO3（胶体）制取硅酸D.SiO2既能与HF反应又能与强碱反应，所以SiCh是两性氧化物答 案 C解析 SiCh可用于制光导纤维，而硅用于半导体材料，故A错误；水晶主要成分为SiO2,不属于硅酸盐，故B错误；SiCb能 与HF反应生成四氟化硅和水，不是盐和水，且二氧化硅只能与一种酸反应，不是两性氧化物，属于酸性氧化物，故D错误。9.下列说法正确的是（）A.光导纤维的主要成分为二氧化硅B.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸C.二氧化硅的俗名叫水玻璃，不溶于水D.硅在自然界中既有游离态又有化合态答 案 A解 析 二 氧 化 硅 是 酸 性 氧 化 物，可溶于氢氟酸；硅酸钠的水

10、溶液俗名叫水玻璃，易溶于水；硅在自然界中只以化合态的形式存在。1 0 .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、根棒，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(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。该反应的化学方程式为该反应中氧化剂与还原剂的质量比为 0答案 A C 3

11、 S i O 2+2 N 2+6 C=S i 3 N 4+6 C O 7 :9解 析(l)S i 与 N 2 反应前后，N、S i 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元，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。(2)硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在薮化硅中硅显+4价，氮显一3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S i 3 N 4。烧结S i 3 N 4 的反应物为S i。?、N 2、C,生成物为S i 3 N 4 和另一种化合物，则有3 S i

12、C h+2 N 2+6 C=1 晅=S i 3 N 4+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3 S i O2+2 N2+高 温 高 温6 C=S i3N4+6 C O o 根据反应 3 S i O 2+2 N2+6 C=S i3N4+6 C O,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 m o l X 2 8 g m o l1):(6 m o l X 1 2 g-m o l-)=7 ：9 1 1 .气候条件独特，空气质量优良的新疆阿勒泰市，已成为我国第8 个国家大气背景监测点。监测点安装的监测设备可日常监测二氧化硫、二氧化氮

13、、一氧化氮等大气污染物。(1)汽车尾气(含CO、S C h、NO等)是城市空气的污染源之一，治理方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”(用钠、把合金作催化剂)，它能使一氧化碳跟一氧化氮反应生成可参与大气循环的无毒气体。汽车尾气中导致酸雨形成的主要物质是请写出形成硝酸型酸雨的主要反应的化学方程式:在汽车排气管上加装“催化转化器”，可使CO和 NO反应产生可参与大气循环的无毒气体，请写出该反应的化学方程式：。下列选项中，控 制 城 市 空 气 污 染 的 合 理 措 施 有(填 字 母)。A.充分利用太阳能，减少化石燃料的燃烧B.使用电动车，减少汽油消耗C.禁止人们出行D.带上呼吸面具(2

14、)实验室里，处理含氮氧化物的尾气-一般用NaOH溶液来吸收。若 用 N aO H 溶 液 吸 收 NO2,可 生 成 2 种含氮元素的钠盐，请写出化学方程式:NO2和 N O 的混合气体也可用NaOH溶液吸收，只生成一种盐，请写出化学方程式:答 案 SO?和 NO 2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2H N O3+NO 2C O+2N O=2cO 2+N 2 AB(2)2NO2+2NaOH=NaNO3+H2O+NaNO2 NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H20解 析(1)根据题给信息可知，C O 与 NO反应，生成的可参与大气循环的无毒气体是CO2和 N2,所以该反应的化学方程

15、式为2CO+2NO胆%2cCh+N2。(2)NO2与 NaOH溶液反应生成的2 种含氮的钠盐为NaNCh和 NaNO3,化学方程式为2NCh+2NaOH=NaNO2+NaNCh+fhO。NCh(N元素+4 价)、NO(N元素+2 价)与NaOH溶液反应只生成一种盐，根据氧化还原反应规律，可知该盐为NaNO2(N 元素+3 价)，化学方程式为NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O12.某实验小组设计了如下装置探究焦炭还原二氧化硅。已知：PdCb溶液可用于检验C O,反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O=C O2+2HC1+Pd I(产生黑色金属把粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要

16、通入足够长时间的N 2,其原因是装置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：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

17、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _答 案(1)避免空气中的。2、C 0 2、水蒸气对实验产生干扰(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水 PdCb溶液 3SiO2+4C=2CO2 t+2C0 t+3Si(4)无尾气吸收装置(5)向Na2Si0.3溶液中通入C02气体，溶液变浑浊解 析(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气、水蒸气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸。(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、PdCb溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2+4C=2C O2 t+2C0 t+3Si(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，产生的C 0 2气体先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=Na2cCh+ESiChl胶体)，说明酸性 H2CO3H2SiO3