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(共46張PPT)
第五章　化工生產中的重要非金屬元素
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2門世2有
3厚
”課堂建構
晶體硅
陶瓷
二氧化硅
無機非
新型無
玻璃
硅酸鹽
材料
金屬材
機非金
新型陶瓷
料
屬材料
水泥
石墨烯
碳納米管第三節 無機非金屬材料
(一)基礎鞏固
1.(2024·廣東惠州三模)我國文物具有鮮明的時代特征。下列源自廣東的文物的主要成分屬于硅酸鹽的是 (　　)
A.錯銀青銅牛燈　　　　　 　 B.鎏金獸形銅盒硯
C.三彩孩童騎牛陶俑 D.金刻花八寶魚
解析:錯銀青銅牛燈為青銅器,主要成分為金屬材料;鎏金獸形銅盒硯,主要成分為銅,為金屬材料;三彩孩童騎牛陶俑為陶瓷制品,主要成分屬于硅酸鹽;金刻花八寶魚的主要成分為黃金,為金屬材料。
答案:C
2.下列關于水泥的說法中錯誤的是 (　　)
A.水泥的主要成分為硅酸鈣
B.水泥、砂和水的混合物叫水泥砂漿,是建筑時常用的黏合劑
C.在具體的建筑中,所用水泥的強度等級要符合要求
D.我國的三峽大壩所使用的水泥的標號應是高標號的水泥
答案:A
3.下列有關普通玻璃的說法中錯誤的是(　　)
A.制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英砂
B.玻璃在加熱熔化時有固定的熔點
C.普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅
D.盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞,是為了防止燒堿與二氧化硅反應生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口黏在一起
解析:普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂為原料,經混合、粉碎,在玻璃窯中熔融制得,A項正確;玻璃是混合物,沒有固定的熔點,B項錯誤;普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,C項正確;二氧化硅易與堿液反應生成Na2SiO3,Na2SiO3具有很強的黏合性,因此盛NaOH等強堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞,D項正確。
答案:B
4.(2024·廣東佛山高一期中)高純度晶體硅是典型的無機非金屬材料,它的發現和使用曾引起計算機芯片領域的一場偉大“革命”。工業上可以按下列方法制備:
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(純)
下列說法正確的是 (　　)
A.步驟①的化學方程式為SiO2+CSi+CO2↑　
B.步驟②和步驟③的反應互為可逆反應
C.可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的CaCO3　
D.SiO2既可以與NaOH溶液反應,也可以與氫氟酸反應,因此SiO2屬于兩性氧化物
解析:步驟①,C還原SiO2生成Si和CO,化學方程式為SiO2+2CSi+2CO↑,A項錯誤;步驟②和步驟③的反應,反應條件不同,二者不互為可逆反應,B項錯誤;鹽酸能與碳酸鈣反應,但與SiO2不反應,所以可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的CaCO3,C項正確;SiO2既可以與NaOH溶液反應,也可以與氫氟酸反應,但生成的SiF4不屬于鹽,因此SiO2不屬于兩性氧化物,D項錯誤。
答案:C
5.下列有關高溫結構陶瓷和光導纖維的說法中正確的是 (　　)
A.高溫結構陶瓷彌補了金屬材料的弱點,但是硬度卻遠遠低于金屬材料
B.氮化硅陶瓷是一種重要的結構材料,具有超硬性,它不與任何無機酸
反應
C.光導纖維是一種優良的導電材料
D.光導纖維的抗干擾性能好,不發生電輻射,通信質量高,能防竊聽
解析:高溫結構陶瓷克服了金屬材料的弱點,本身還具有很多優點,如耐高溫、高硬度、抗氧化等,A項錯誤;氮化硅陶瓷是重要的結構材料,耐腐蝕性較強,可以與氫氟酸反應,B項錯誤;光導纖維是一種能高質量傳導光的玻璃纖維,不導電,且抗干擾能力好,不發生電輻射,能防竊聽等,C項錯誤,D項正確。
答案:D
6.(2023·廣東梅州)化學創造美好生活。下列有關生產應用的化學原理解釋錯誤的是 (　　)
選項 應用 解釋
A “中國奮斗者號”載人潛水器使用了鈦合金 鈦合金比金屬鈦具有更高的硬度和強度
B 問天實驗艙使用了石墨烯導熱索技術 石墨烯是新型無機非金屬材料,可以有效導熱
C 高純硅可用于制作光感電池 硅具有半導體性能,可將太陽能轉化為電能
D 食品包裝袋中常有硅膠、生石灰、還原鐵粉三類小包 硅膠具有吸水性,生石灰、還原鐵粉能與水反應,都是用于防止食品受潮
解析:鈦合金比純金屬鈦具有更高的強度、硬度,故A項正確;石墨烯發熱材料屬于新型無機非金屬材料,故B項正確;硅是半導體材料,導電性介于導體和絕緣體之間,可作太陽能電池板,故C項正確;硅膠具有吸水性,生石灰能與水反應,均能防止食品受潮,還原鐵粉能防止食品被氧化,故D項錯誤。
答案:D
7.陶瓷的發明是人類早期科學技術發展史上的一個重要的里程碑,現在,陶瓷已廣泛應用于生活和生產中。
(1)工業上制備陶瓷的主要原料是　 。
(2)陶瓷不具有的性質是　　　　(填字母)。
A.可導電 B.耐酸堿
C.抗氧化 D.耐高溫
(3)實驗室中最常用的坩堝是　　　　,熔融燒堿樣品做實驗時一般選用　　　　坩堝。
(4)在搪瓷和陶瓷器具表面的釉質中含有極微量的Pb、Cd和Sb等有毒的金屬鹽類,為防止中毒,不能長期盛放下列物質中的　　　　(填字母)。
A.食用植物油 B.醬油
C.食醋 D.酒
答案: (1)黏土　(2)A　(3)瓷坩堝　鐵　(4)C
(二)拓展提高
8.半導體工業中,有一句行話:“從沙灘到用戶”,即由SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學反應是 (　　)
A.2C+SiO2Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
C.Si+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
解析:由SiO2制取Si時要先制得粗硅,反應為2C+SiO2Si+2CO↑,然后再進行提純,反應依次為Si+2Cl2SiCl4、SiCl4+2H2Si+4HCl。
答案:B
9.多晶硅是單質硅的一種形態,是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅的主要原料。已知多晶硅第三代工業制取流程如圖所示:
下列說法中錯誤的是 (　　)
A.Y可能是H2
B.制取粗硅的過程中焦炭與石英砂會發生副反應生成碳化硅,在該副反應中,氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶1
C.SiHCl3中硅元素的化合價為+4價
D.Y與SiHCl3制備多晶硅的反應屬于置換反應
解析:Y能夠還原SiHCl3為硅單質,則Y可能是H2,A項正確;制取粗硅的過程中焦炭與石英砂會發生副反應生成SiC:3C+SiO2SiC+2CO↑,在該反應中碳既是氧化劑,又是還原劑,氧化劑與還原劑的物質的量之比為1∶2,B項錯誤;SiHCl3中H是-1價,Cl是-1價,則Si的化合價為+4價,C項正確;H2與SiHCl3制備多晶硅的反應:SiHCl3+H2Si+3HCl,屬于置換反應,D項正確。
答案:B
(三)挑戰創新
10.工業上還可以利用鎂制取硅,反應為2Mg+SiO22MgO+Si,同時發生副反應:2Mg+SiMg2Si。Mg與SiO2反應的實驗裝置如圖所示,請回答下列問題。
(1)工業上通常利用SiO2與碳反應來制取硅,寫出反應的化學方程式: 　　　　　　 　　　　。
(2)由于O2和H2O(g)的存在對該實驗有較大影響,實驗中應通入氣體X作為保護氣,試管中的固體試劑可選用　　　　(填字母)。
A.石灰石　　　　B.鋅粒　　　　C.純堿
(3)實驗開始時,必須先通一段時間X氣體,再加熱反應物,其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;當反應引發后,移走酒精燈,反應能繼續進行,其原因是　 　。
(4)反應結束后,待冷卻至常溫時,向反應后的混合物中加入稀鹽酸,可觀察到閃亮的火星,產生此現象的原因是副產物Mg2Si遇鹽酸迅速反應生成SiH4(硅烷)氣體,然后SiH4自燃。用化學方程式表示這兩個反應:
①　 ; ②　 。
解析: (1)二氧化硅與碳在高溫下反應生成硅和CO氣體。(2)Mg可以與CO2發生化學反應生成氧化鎂和碳,Mg與氫氣不能發生反應,因此可用氫氣作為保護氣,選用的試劑為稀硫酸和鋅粒,再用濃硫酸干燥。(3)裝置中有空氣,若不用氫氣排盡裝置中的空氣,氫氣與空氣的混合氣體燃燒會發生爆炸,所以反應開始前應該先通氫氣排盡裝置中的空氣;Mg與SiO2反應的條件是加熱,停止加熱后,反應的條件由反應放出的熱量維持。(4)Mg2Si遇鹽酸迅速反應生成SiH4(硅烷),其反應的化學方程式為Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑,SiH4常溫下是一種不穩定、易自燃的氣體,反應的化學方程式為SiH4+2O2SiO2+2H2O。
答案: (1)SiO2+2CSi+2CO↑　(2)B
(3)防止加熱條件下H2與空氣混合發生爆炸　Mg與SiO2的反應放出熱量
(4)①Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑　②SiH4+2O2SiO2+2H2O
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