1、课堂互动三点剖析一、制造玻璃的反应原理及SiO2的特性Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2SiO2的特性：SiO2为难挥发性酸酐，可与易挥发性酸酐对应酸的盐反应，如上述两个反应。【例1】 过量的河沙、纯碱、生石灰熔化后生成（）水泥玻璃瓷器混凝土一种硅酸盐产品A.B.C.D.解析：水泥的主要成分是2CaOSiO2、3CaOSiO2和3CaOAl2O3，其生产原料为黏土、石灰石。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是黏土。混凝土是水泥、碎石和沙子的混合物。泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱（Na2CO3）、生石灰（CaO）熔化后发生如下反应：SiO2+Na
2、2CO3Na2SiO3+CO2SiO2+CaOCaSiO3而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物是玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品。答案：B二、与SiO2和Na2SiO3有关的药品的存放由于SiO2易与碱液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3水溶液是一种矿物胶，有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的瓶子不能用玻璃塞（中和滴定时所用标准碱液不得用酸式滴定管来盛），以防止NaOH和玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，把瓶塞和旋塞粘住。当然，盛水玻璃的试剂瓶同样不得使用玻璃塞，而应使用软木塞或橡皮塞。【例2】 熔融烧碱应选用的器皿是（）A.石英坩埚B.普通玻璃坩埚C.生铁坩埚D.陶
3、瓷坩埚解析：石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2，高温下，烧碱能与SiO2反应而使坩埚腐蚀：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O，而铁在高温下不与NaOH反应。答案：C三、几种新型无机非金属材料的制造1.单晶硅：工业上常用将石英砂还原的方法制取硅。由于SiO键键能很大，反应必须有强的还原剂和高温的条件，如在高温下用金属镁或焦炭还原石英，但只能得到纯度不高的硅。这种硅不能用作半导体材料，也不能用于制硅整流器，因此需要制取高纯度的硅。现在一般用四氯化硅（SiCl4）或三氯氢硅（SiHCl3）或硅烷（SiH4）制取，因为SiCl4、SiHCl3是有挥发性的液体，而SiH4是气体，易于提纯。将精
4、馏的SiCl4在电炉中用H2还原，即得到纯Si。Si(粗)+2Cl2KSiCl4SiCl4+2H2 Si（纯）+4HCl或Si（粗）+3HCl（g）SiHCl3+H2SiHCl3+H2Si（纯）+3HCl2.金刚砂：将石英和过量焦炭的混合物在电炉中煅烧可制得碳化硅。SiO2+2C=Si+2CO3.氮化硅：可用多种方法制备，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1 600 K时反应获得。3Si+2N2Si3N4也可用化学气相沉积法，使SiCl4和N2在H2保护下反应，产物Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的Si3N4膜。此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下：3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+1
5、2HCl【例3】 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 时反应获得。（1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是_（填序号）。A.制气轮机叶片B.制有色玻璃C.制永久性模具D.制造柴油机（2）写出N的原子结构示意图_。根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式_。（3）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：_。（4）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为_。解析：根据N和Si的原子结构及元素周期律的知识，可判断出氮元素的非金属性
6、比硅强，故N显负价（-3），Si显正价（+4），由此可以写出氮化硅的化学式为Si3N4。答案：（1）ACD（2）Si3N4(3)Si3N4+12HF=3SiF4+4NH3（4）3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl四、碳的同素异形体的结构和用途1.金刚石金刚石是典型的原子晶体，每个碳原子都与周围四个碳原子形成共价键。每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。金刚石是自然界中最坚硬的固体，熔点高达3 550 ，有可能成为替代硅的新一代信息材料。2.石墨石墨晶体是平面层状结构，层与层之间依靠分子间作用力（范德华力）结合起来，形成石墨
7、晶体。石墨有金属光泽，具有很好的导电性。由于层间的分子间作用力弱，因此石墨晶体的层与层之间容易滑动，工业上用石墨作固体润滑剂。3.C60分子内有60个碳原子，形状类似足球，故又称“足球烯”，用作润滑剂和载体等。【例4】 最近，科学家们制得了一种新的分子，它具有类似足球的空心结构，分子式为C60，下列说法正确的是（）A. C60是一种新型的化合物B. C60和石墨都是碳的同素异形体C. C60中含离子键D. C60的相对分子质量是720解析：C60是由碳元素组成的单质，不是化合物。在C60中不存在离子键。C60的相对分子质量=1260=720，C60与石墨都是碳的同素异形体。答案：BD各个击破类
8、题演练11.石英玻璃是将石英在1 600 高温下熔化，冷却后形成的玻璃体，关于石英玻璃的结构和性质描述正确的是（）A.石英玻璃属于原子晶体B.石英玻璃的结构类似于液体C.石英玻璃耐高温且能抵抗一切酸的腐蚀D.石英玻璃能经受温度剧变且能抵抗碱的腐蚀解析：玻璃不属于晶体，是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态叫玻璃态，A项不正确。从粒子分布的角度看，玻璃态跟液态类似，B项正确。石英玻璃可与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O,C项不正确。SiO2属酸性氧化物，可与强碱反应：SiO2+2NaOH =Na2SiO3+H2O，D项不正确。答案：B变式提升11.下列说法正确的是（）A.陶瓷、
9、玻璃、水泥都是硅酸盐产品B.水晶、玛瑙、光纤、硅胶的主要成分都是SiO2C.SiO2很稳定，与所有的酸都不反应D.将石棉（CaMg3Si4O12）化学式改写成氧化物的形式：3（MgOCaO）4SiO2解析：水晶、玛瑙、光纤的主要成分都是SiO2，硅胶的主要成分为SiO2xH2O；SiO2不跟氢氟酸以外的酸反应；石棉改写成氧化物形式为3MgOCaO4SiO2。答案：A类题演练22.下列物质不能用玻璃塞器皿贮存的是（）A.苛性钠B.盐酸C.浓硫酸 D.硝酸铵解析：不能用玻璃塞，是含有常温下能与玻璃反应的物质。玻璃是以含硅物质为原料，经加热制成的硅酸盐产品，普通玻璃是硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙
10、（CaSiO3）和二氧化硅（SiO2）熔化在一起所得到的物质。二氧化硅是酸性氧化物，不溶于水，能跟碱性氧化物或碱发生反应生成盐。苛性钠是氢氧化钠的俗名，玻璃中含的二氧化硅能够被碱腐蚀：SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O（常温下反应慢）。实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡胶塞，而不用玻璃塞，因为玻璃塞是磨口的，表面积大，以防止玻璃与碱反应生成Na2SiO3而把瓶口和塞子黏结在一起。盐酸、浓硫酸和硝酸铵跟玻璃都不反应，可以使用。答案：A变式提升22.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B.CO2通入可溶性硅酸盐溶液中析出硅酸沉淀C.高温下S
11、iO2与碳酸盐溶液反应生成CO2D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀解析：由强酸制弱酸的规律可判断两种酸的酸性强弱，但高温下SiO2与碳酸盐溶液反应生成挥发性的气体，不能用此规律解释。答案：B类题演练3粉末状的氮化硅，可以由SiCl4蒸气和NH3的混合物反应制取。粉末状的氮化硅对空气和水都不稳定。但是将粉末状的氮化硅和适量的MgO在2301.01105 Pa和185 的密闭容器中热处理，可以制得结构十分紧密且对空气和水都十分稳定的高温结构材料。（1）写出由SiCl4和NH3反应制备氮化硅的化学方程式：_。（2）分别写出氮化硅与H2O、O2反应的化学方程式：_
12、、_。（3）试思考说明为什么结构紧密的氮化硅不再受H2O、O2的侵蚀。解析：（1）根据质量守恒定律，SiCl4和NH3反应生成Si3N4的同时应有HCl生成， 故反应方程式为3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl。（2）由于SiN键键能小于SiO键键能，Si3N4与H2O反应时，SiN键转化为SiO键，生成SiO2，同时应有NH3生成。同理，Si3N4与O2反应时，产物应为SiO2和N2。反应方程式分别为Si3N4+6H2O=3SiO2+4NH3，Si3N4+3O2=3SiO2+2N2。（3）Si3N4与MgO在密闭容器中经高压加热处理后，使Si3N4固体表面形成了一层致密的SiO2保
13、护膜，阻止了SiO2被H2O、O2侵蚀。答案：（1）3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl（2）Si3N4+6H2O=3SiO2+4NH3Si3N4+3O2=3SiO2+2N2（3）固体Si3N4表面与空气中的氧气反应，形成了二氧化硅的保护层，防止内部的Si3N4继续与O2和H2O接触而被侵蚀。变式提升3在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅，通过常压烧结即成为新一代无机非金属材料，叫氧氮化硅铝，即赛伦（Sialon），化学通式为Si6-xAlxOxNy(x：24)。（1）赛伦属于_晶体类型，并且有_等特性（至少写出三种）。（2）化学通式里y值为_（用含x的表
14、达式或某一具体数值表示）。解析：（1）氮化硅为原子晶体，用氧原子取代部分氮，用铝原子取代部分硅后，参与形成共价键的电子数没有改变，因此仍为原子晶体，具有原子晶体的一些特征，如耐高温、热稳定性好、抗腐蚀、耐磨性好、高强度、高硬度等。（2）根据化合物中化合价的代数和为零，有：4（6-x）+3x=3y+2x，即y=8-x。答案：（1）原子耐高温、热稳定性好、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀（2）8-x变式提升 4石英砂和焦炭在高温电炉中可合成金刚砂，已知和金刚石有类似的晶体结构，只不过和碳原子相连接的是硅原子，和硅原子相连接的是碳原子，下列说法错误的是（）A.金刚砂的化学式为SiCB.金刚砂的硬度很大
15、C.金刚砂的熔点比晶体硅要高D.反应方程式为SiO2+2C高温SiC+CO2解析：根据题意，石英砂和焦炭在高温电炉中可合成金刚砂（SiC），反应方程式为SiO2+2CSiC+CO2。答案：D类题演练4在碳的同素异形体金刚石、石墨和C60中：（1）熔点最高的是_，熔点最低的是_。（2）在一定条件下能升华的是_。（3）具有润滑作用的是_。（4）硬度最大的是_。（5）易导电的是_，用于制作超导材料的是_。解析：（1）由于金刚石晶体中的CC键长大于石墨晶体的CC键长，所以石墨的熔点比金刚石高。C60固态时是分子晶体，熔点最低。（2）C60分子晶体、石墨晶体中存在范德华力，二者在一定条件下都能升华。（3
16、）不仅石墨具有良好的润滑性能，C60也具有很好的润滑性能，且效果强于石墨。（4）天然存在的物质中硬度最大的是金刚石。（5）石墨晶体中，每个C原子都有1个未成键的电子，所以能导电。金刚石和C60都不导电，但将C60与某些金属混合可制成性能良好的超导体。此外，无定形碳（活性炭、木炭、焦炭、炭黑等）中存在石墨的微小晶体也能导电。答案：（1）石墨C60（2）C60、石墨（3）C60、石墨（4）金刚石（5）石墨C60变式提升5科学家发现的C60是一种新的分子，它是空心的，具有类似足球的结构，被称为“分子足球”；最近日本科学家确认世界上还存在一种“分子足球N60”，它与C60的结构相似，而且在高温或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。对于N60，下列说法中正确的是（）A.N60是化合物，不是单质B.N60与14N都是氮的同位素C.N60没有同素异形体D.N60的发现开辟了能源世界的新天地，N60将会成为较好的火箭燃料解析：N60是同种元素形成的纯净物，是单质不是化合物，A项不正确。同位素的概念适用对象为原子，而N60为分子，故B项错误。同素异形体是指由同种元素形成的不同单质，N元素除了以N60形式存在外，更多、更普遍的存在形式是N2，即N60与N2是同素异形体。题干最后一句所提供的信息，说明N60可以提供大量能量，综合上述分析只有选项D正确。答案：D