1、第09讲 硅的化合物 新型无机非金属材料模块一 二氧化硅硅酸资料卡片SiO2的结构与物理性质如图所示，二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体，所以我们通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。SiO2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。二、SiO2的化学性质1二氧化硅虽然不溶于水，但它是一种酸性氧化物（1）与NaOH反应：_；（2）与CaO反应：SiO2+CaO CaSiO32二氧化硅的特性与HF反应：_；3二氧化硅可与某些盐反应制备玻璃SiO2+ Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2+ CaCO3 CaSiO3 + CO2三、SiO2的用途1用于生
2、产_；2水晶、玛瑙等饰品；3制作耐高温的化学仪器。四、硅酸1H2SiO3的弱酸性：硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。2H2SiO3的不稳定性：硅酸受热易分解，H2SiO3SiO2+H2O。3硅酸的制备（强酸制弱酸）：Na2SiO3 + 2HCl=2NaCl+ H2SiO3(胶体)Na2SiO3 + CO2 +H2O=H2SiO3(胶体) +Na2CO3模块二新型无机非金属材料一、新型陶瓷新型陶瓷包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等，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。例如，碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共
3、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。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600，大大超过了普通金属材料所能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。资料卡片新型陶瓷高温结构陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，
4、具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。二、碳纳米材料碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。富勒烯碳纳米管石墨烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。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，可用于生产复合材料、电池和传感器等。只有一个
5、碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。其在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。题型一：SiO2的性质与用途【变1-1】下列关于的叙述正确的是能与水反应生成硅酸对应的水化物是可溶性弱酸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，故是两性氧化物中硅元素为价，故具有氧化性在中，每个硅原子结合2个氧原子ABCD【变2】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【例3
6、】500 多年前，一艘载着天然苏打晶体(Na2CO310H2O)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)。题型二：硅酸【例4】为确认、的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的实验装置，一次实验即可达到目的（不必选其他酸性物质）请据此回答：（1）锥形瓶中装某可溶性正盐
7、溶液，分液漏斗所盛试剂应为_。（2）装置B所盛的试剂是_，其作用是_。（3）装置C所盛试剂是_，C中反应的离子方程式是_。（4）由此得到的结论是酸性：_。题型三：新型无机非金属材料【例5】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AC60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【变5-1】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
8、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【变6】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
9、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。题型四：硅及其化合物【例7】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)反应的离子方程式为_。(3)反应的化学方程式是_。(4)反应的离子方程式是_。(5)写出一个由A生成H的置换反应的化学方程式：_。【题1】宋代
10、五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“人窑一色，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【题2】下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是A两者都是酸性氧化物，故均不与酸反应B两者都可以与NaOH溶液反应C两者熔、沸点均较低D两者都能与水反应生成对应的酸且碳酸的酸性强于硅酸【题3】现有下列5个转化，其中不可能通过一步反应实现的是SiO2Na2SiO3SiSiO2SiO2H2SiO3C
11、uOCu(OH)2Na2O2NaOHABCD【题6】A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成，且四种化合物中阴、阳离子各不相同。阴离子Cl、SiO32-、OH、NO3-阳离子H、Ag、Na、K已知：A溶液呈强酸性，且A溶液与B、C溶液混合均产生白色沉淀，B的焰色反应呈黄色。回答下列问题：（1）写出A、B、C、D的化学式：A_，B_，C_，D_。（2）写出A溶液与B溶液反应的离子方程式： _。（3）请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号：溶液ACD试剂瓶序号_【题7】高纯二氧化硅可用来制造光纤。某蛇纹石的成分见下表：组分SiO2MgONa2OK2OFe2O3质量分数/%59.
12、2038.800.250.500.8通过下图流程可由蛇纹石制备较纯净的二氧化硅。（1）蛇纹石中涉及的可溶性金属氧化物有_（写化学式）。（2）步骤中涉及SiO2反应的离子方程式为_。（3）滤渣A 的成分有_（填化学式）。（4）步骤中洗涤沉淀的方法是_。（5）步骤反应的化学方程式为_；实验室进行步骤需要用到的仪器有坩埚、泥三角、酒精灯、玻璃棒、和_。【题8】根据下列各小题实验目的，完成填空。(a、b为弹簧夹，加热及固定装置略去)(1)验证碳、硅非金属性的相对强弱。(已知酸性：亚硫酸碳酸)连接仪器、检验装置气密性、加药品后，打开a，关闭b，然后滴入浓硫酸，加热。装置A中试剂是_。能说明碳的非金属性比
13、硅强的实验现象是_。(2)验证SO2的氧化性、还原性和酸性氧化物的通性。在(1)操作后，打开b，关闭a。通入SO2的BaCl2溶液中无明显现象，若将其取出于试管中，然后向其中滴加氯水则出现沉淀，该沉淀的化学式为_。一段时间后，实验装置中H2S溶液中的现象是_，化学方程式是_。【练1】碳纳米管是由碳原子组成的六角形蜂巢状平面薄膜卷曲而成，具有许多异常的力学、电学和化学性能。下列关于碳纳米管的说法不正确的是A碳纳米管属于一种有机合成纤维B碳纳米管与金刚石互为同素异形体C常温下，碳纳米管具有较好的稳定性D碳纳米管比表面积大，可用作新型储氢材料【练2】下列说法不正确的是A高纯硅可用于制作光感电池B因熔
14、点高硬度大，可用于制光导纤维C石英砂可用于生产单晶硅D与反应的实际应用之一是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记【练3】碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是A碳纳米管属于胶体B石墨烯属于有机化合物CC60与金刚石互为同素异形体D均具有相同的熔点【练4】在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（）焦炭纯碱碳酸钙氢氟酸高氯酸氢氧化钾氧化钙氮气ABCD【练5】下列溶液中碳酸钠溶液氢氟酸氢氧化钠溶液氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是()ABCD【练6】下列物品或设施：陶瓷餐具砖瓦混凝土桥墩门窗玻璃水晶镜片石英钟水晶项链硅太阳能电池光导纤维计算机芯片(
15、1)使用了硅单质的是_(填序号，下同)。(2)使用了二氧化硅的是_。(3)使用了硅酸盐材料的是_。【练7】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，越来越多被应用于热工各个领域，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_。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_。【练8】硅是无机非金属材料的主角
16、，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。（1）计算机芯片和太阳能电池的主要成分是_，光导纤维的主要成分是_。（填化学式）（2）工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，发生反应的化学方程式为_。（3）玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，翡翠的主要成分为NaAlSi2O6，用氧化物形式表示为_。（4）高纯度单晶硅可以按下列方法制备：SiO2Si（粗）SiHCl3Si（纯）写出步骤的化学方程式： _。步骤的产物经过冷凝后得到的SiHCl3（沸点33.0 ）中含有少量的SiCl4（沸点57.6 ），提纯SiHCl3主要操作的名称是_。步骤需要在无水无氧环境下进行，若在有氧环境下，除了有不安全因素外，还可能使产品中混有杂质_。
