新型無機非金屬材料

硅酸鹽工業(yè)新型無機非金屬材料1．復(fù)習重點水泥工業(yè)和玻璃工業(yè)的基本原理；新型無機非金屬材料的特性及主要用途2．難點聚焦1.硅酸（H2SiO3）酸性很弱（弱于碳酸）溶解度很小，由于SiO2不溶于水，硅酸應(yīng)用可溶性硅酸鹽和其他酸性比硅酸強的酸反應(yīng)制得。NaSiO＋2HCl==HSiO＋2NaCl硅膠多孔疏松，可作干燥劑，催化劑的載體。四．硅酸鹽硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱，分布廣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化學性質(zhì)穩(wěn)定。一般不溶于水。（Na2SiO3、K2SiO3除外）最典型的代表是硅酸鈉Na2SiO3：可溶，其水溶液稱作水玻璃和泡花堿，可作肥皂填料、木材防火劑和黏膠劑。常用硅酸鹽產(chǎn)品：玻璃、陶瓷、水泥。2．硅單質(zhì)與碳相似，有晶體和無定形兩種。晶體硅結(jié)構(gòu)類似于金剛石，有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高（1410℃），硬度大，較脆，常溫下化學性質(zhì)不活潑。是良好的半導體，應(yīng)用：半導體晶體管及芯片、光電池。\五.氯元素：位于第三周期第皿A族，原子結(jié)構(gòu)：'/，容易得到一個電子形成氯離子Cl-,為典型的非金屬元素，在自然界中以化合態(tài)存在。3．例題精講[例1]熔融氫氧化鈉反應(yīng)選用的器皿是[]A.陶瓷坩堝A.陶瓷坩堝B.石英坩堝C.普通玻璃坩堝C.普通玻璃坩堝D.生鐵坩堝分析：陶瓷的成分中含有SiO2,石英的成分就是SiO2,玻璃的主要成分中也含有SiO2,而SiO2在高溫下可以跟NaOH發(fā)生如下反應(yīng)：SiO2+2NaOHNa2SiO3所以A、B、C的器皿都不能選用，只能內(nèi)生鐵坩堝。答案：D［例2］下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是［］。A.硅酸鈉溶液B.氫氟酸C.氫氧化鈉溶液D.氯化鈉溶液分析：玻璃的主要成分之一二氧化硅，它能跟氫氟酸迅速反應(yīng)，所以，氫氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中，只能保存在鉛皿或塑料瓶中。氫氧化鈉溶液與二氧化硅在常溫下反應(yīng)十分緩慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口處的二氧化硅跟氫氧化鈉緩慢反應(yīng)后，生成的硅酸鈉是一種礦物膠，使瓶塞與瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸鈉溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞(原因同氫氧化鈉溶液)。氯化鈉溶液不跟玻璃中各種成分反應(yīng)。答案：AC［例3］普通玻璃的主要成分為Na2SiO3-CaSiO3-4SiO2(1)試計算普通玻璃中相當含有Na2O,CaO和SiO2的質(zhì)量分數(shù)各是多少？(2)制造50kg普通玻璃，需要純堿、碳酸鈣和二氧化硅各多少千克？分析：Na2SiO3-CaSiO3-4SiO2可用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成為：Na2O-CaO-6SiO2。(1)Na2O的摩爾質(zhì)量為62g/mol,CaO的摩爾質(zhì)量為56g/mol,SiO2的摩爾質(zhì)量為60g/mol。

(2)由第(1)題求出普通玻璃中各氧化物的質(zhì)量分數(shù)，可計算50kg普通玻璃中Na2O、CaO和SiO2的含量：m(Na2O)：50kgX13%=6.5kgm(CaO)：50kgX11.7%=5.85kgm(SiO2)：50kgX75.3%=37.65kg再求需純堿、碳酸鈣和二氧化硅的質(zhì)量：答案：(1)普通玻璃中Na2O的質(zhì)量分數(shù)為13%,CaO的質(zhì)量分數(shù)為11.7%,SiO2質(zhì)量分數(shù)為75.3%。(2)制造50kg普通玻璃，需要純堿11.11kg、碳酸鈣10.45kg、二氧化硅37.65kg。［例4］有A、B、C三種不溶于水的固體。A是某元素的一種單質(zhì)，它在氧氣中完全燃燒得到一種無色氣體，此氣體能使澄清石灰水變渾濁，另外測得這種氣體密度為同溫、同壓下氧氣密度的1.375倍。B固體能溶于熱氫氧化鈉溶液，再往所得溶液中加入過量鹽酸時，析出白色膠狀沉淀。此沉淀干燥后，成為不溶于水的白色粉末，這是一種比碳酸酸性還弱的酸。將B與石灰石、純堿按比例混合加熱得到C，C在高溫時軟化，無固定熔點。根據(jù)以上事實，判斷A為哪種元素的單質(zhì)？B、C各是什么物質(zhì)？寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式。分析：先求出A燃燒后生成的氣體的相對分子質(zhì)量，根據(jù)該氣體的相對分子質(zhì)量及其反應(yīng)現(xiàn)象可推出單質(zhì)A；再根據(jù)B的有關(guān)反應(yīng)現(xiàn)象可推出B；最后根據(jù)制取C的方法及C的性質(zhì)可推出C。A物質(zhì)燃燒后生成的氣體的相對分子質(zhì)量為：32X1.375=44該氣體能使澄清石灰水變渾濁，所以該氣體為二氧化碳，A為碳元素的一種單質(zhì)。根據(jù)B物質(zhì)能與氫氧化鈉反應(yīng)，且能繼續(xù)與過量的鹽酸反應(yīng)生成一種比碳酸還弱的酸，可推出B物質(zhì)為二氧化硅。C物質(zhì)由石灰石、純堿、B物質(zhì)（二氧化硅）混合加熱而得，結(jié)合C物質(zhì)在高溫時軟化且無固定熔點，可推知C物質(zhì)為普通玻璃。答案：A為碳元素的一種單質(zhì)。C+OCO

22B為SiO2SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiOjC為普通玻璃Na2cO3+SiO2==Na2SiO3+CO2TCaCO+SiO==CaSiO+COof［例5］某硅酸鋅樣品含58.6%的鋅，而ZnO%與SiO2%的質(zhì)量分數(shù)的總和為100%,寫出這樣品的化學式（最簡式）。分析：題目要求寫出這樣品的化學式（最簡式），即是要求通過計算找出ZnO與SiO"勺物質(zhì)的量之比值，然后用SiO?和ZnO的形式表示此硅酸鋅樣品的組成。可先由Zn%求算出ZnO%,并求出SiO2%。然后再運用求最簡式最基本的方法求出此硅酸鋅的組成。弊ZnO%=Zn%。］，=73.0%iLtlU+16SiO2%=1-73.0%=27.0%該硅酸鋅樣品的化學式為：2ZnO-SiO2。［例6］兩個原硅酸分子的OH原子團之間可以相互作用而脫去一分子水:2H4SiO4===H6Si2O7+H2O原硅酸結(jié)構(gòu)為：則在所得的H6Si2O7分子的結(jié)構(gòu)中，含有的硅氧鍵數(shù)目為［］A.5B.6C.7D.8分析：此題是一道選擇題，也是一道信息遷移題。給出的新情境是原硅酸結(jié)構(gòu)及脫水反應(yīng)，考查內(nèi)容是H6Si2O7分子中的硅氧鍵數(shù)目。兩個原硅酸共有8個硅氧鍵，當它們相互作用時，雖然有一個硅氧鍵斷裂，但又形成一個新的硅氧鍵，如圖所示:故硅氧鍵的總數(shù)目沒有變，仍然是8個。答案：D［例7］下列離子方程式書寫不正確的是［］A.往NaOH溶液中通入過量CO2B.單質(zhì)硅與燒堿溶液反應(yīng)C.石英砂與燒堿反應(yīng)制水玻璃D.往水玻璃中通入二氧化碳Na^SiO.+2H.O+CO,=HdSiOd［+2Na'+CQ；分析：往NaOH溶液中通入適量CO2生成正鹽Na2CO3,正鹽能與酸反應(yīng)變?yōu)樗崾禁}，所以當CO2過量時即溶液中H2CO3過量時，生成物為NaHCO3，故A式正確。單質(zhì)硅能和燒堿溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣，NaOH是易溶于水的強堿，Na2SiO3。是易溶于水的鹽，均完全電離，故Na+可以簡化掉，B式正確。石英的成分是二氧化硅與燒堿液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成硅酸鈉和水。故C式正確。碳酸比硅酸酸性強，所以往水玻璃即硅酸鈉的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反應(yīng)物中的Na2SiO3和生成物中的Na2CO3均為易溶于水的鹽，能完成電離寫成離子式，并且Na+可以簡化掉，故D式不正確。答案：D［例8］有一鉛錫合金質(zhì)量為100g,完全氧化后得到氧化物的混合物質(zhì)量為H6g,求合金中鉛、錫的質(zhì)量分數(shù)各為多少？解法一：分析：設(shè)100g鉛錫合金中含錫Xg,則含鉛（100-x）go①Sn氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是SriO2（+4價氧化物穩(wěn)定），Sn的相對原子質(zhì)量為119,Sil"的式量為1》，咫訪氧化生成的Sn"質(zhì)量必為焉咫0②Pb氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是PbO（+2價氧化物穩(wěn)定），Pb的相對原子質(zhì)量為207,PbO的式量為223,（100-x）gPb氧化生成的PbO質(zhì)量必因為SnO2與PbO質(zhì)量共為116g,故可列一元一次方程，解方程求出Sn、Pb質(zhì)量。［解］設(shè)100g錫鉛合金中含錫xg,含鉛為（100-x）g。根據(jù)化學式所表示的元素質(zhì)量分數(shù)及題意，列代數(shù)方程式：解得x=43.2（g）100-x=100-43.2=56.8（g）答：合金中錫、鉛質(zhì)量分數(shù)分別為43.2%、56.8%解法二：分析：此題利用物質(zhì)的量計算也很方便。設(shè)100g合金中含xg,含鉛為（100-x）g則含S口的物質(zhì)的量為缶mol,根據(jù)Imol如只能生成ImclSaO2,則乩為只能氧化生成捻'molSnO3o將SnO2與PbO由物質(zhì)的量換算成質(zhì)量，質(zhì)量和為116g。解：設(shè)100g錫鉛合金中含錫為xg,含鉛為（100-x）gSn的物質(zhì)的量二SnO2的物質(zhì)的量Pb的物質(zhì)的量二PbO的物質(zhì)的量SnO2與PbO質(zhì)量和為116g解得x=43.2（g）（錫的質(zhì)量）100-x=56.8（g）（鉛的質(zhì)量）Pb%=1-43.2%=56.8%答：合金中鉛、錫分別占56.8%、43.2%［例9］稱取兩份由碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫銨組成的混合物7.06g。其中：一份加入過量的鹽酸，可得CO2為1792mL（在標準狀況下），另一份加熱至質(zhì)量不再減少時為止。冷卻后再跟過量鹽酸反應(yīng)，可得CO2為896mL（在標準狀況下）。求原混合物中，碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫銨的物質(zhì)的量之比。分析：此題是根據(jù)化學方程式，計算混合物成分物質(zhì)的量之比的題。解題關(guān)鍵在于正確判斷反應(yīng)物與生成物、反應(yīng)物的量與生成物的量之間的關(guān)系。第一份7.06g混合物，各成分都跟過量的鹽酸充分反應(yīng)，均生成CO2。CO2體積之和為1792mL；第二份7.06g混合物加熱后，除碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉外，碳酸氫銨則因全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)物質(zhì)而不存在固體物質(zhì)了。混合物中原有碳酸鈉及生成的碳酸鈉共同跟過量鹽酸反應(yīng)，生成896mLCO2。解：全過程發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為：TOC\o"1-5"\h\zNa2cO3+2HCl==2NaCl+H2O+COj(1)NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2T(2)NH4HCO3+HCl==NH4Cl+H2O+CO2f(3)設(shè)7.06g該混合物中含Na2cO「NaHCO3、NH4HCO3分別為x、y、zmol從化學方程式(1)(2)(3)可知，第一份7.06g混合物與過量鹽酸反應(yīng)，共生成CO2為(x＋y＋z)mol從化學方程式(4)、(5)可知，第二份7.06g混合物加熱，其中的ymolNaHCQ生成了，medNa/。鏟當（其十mulN町CC%與過量鹽酸反應(yīng)時，由化學方程式（D可知生成的00口也為&+?moLx：y：z=0.02：0.04：0.02=1：2：1答:Na2cO「NaHCO3、NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1：2：1。新型無機非金屬材料［例10］新型無機非金屬材料跟傳統(tǒng)硅酸鹽材料相比，有什么特性？【分析】（1）能承受高溫，強度高。如氮化硅陶瓷在1200c時仍具有高強度。（2）具有電學特性。有的可作絕緣體，有的可作半導體、導體、超導體。（3）具有光學特性。有的能發(fā)出各色光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達射線穿過。（4）具有生物功能。有些對人體組織有較好的適應(yīng)性，且硬度高、無毒、不溶于水，可直接植于人體內(nèi)。【答案】略。min請比較紅寶石和藍寶石成分的異同。人造紅寶石和人造藍寶石各有何用途?【解答】兩者的主要成分都是Ala（剛玉）。剛玉中混有少量銘時，呈現(xiàn)紅色，就形成紅寶石；剛玉中混有少量鈦時，呈現(xiàn)藍色，就形成藍寶石。人造紅寶石硬度高，可制鐘表的軸承，它能放大某一波長的光而產(chǎn)生激光，可作固體激光器。人造藍寶石因能使紫外線和可見光通過，可用于制造光學儀器。［例12］下列說法正確的是［］A.二氧化硅溶于水顯酸性B.光導纖維傳導光的能力非常強，利用光纜通訊，能同時傳送大量信息C.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出C0/所以硅酸的酸性比碳酸強D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸。分析二氧化硅不溶于水，不溶于強酸，但溶于氫氟酸。因為它能與堿反應(yīng)生成鹽和水，所以它是酸性氧化物。硅酸酸性比碳酸弱，它反映在C02通入”以溶液可生成硅酸。而SiO2能和Na2c。3高溫下反應(yīng)生成co2,它可說明不揮發(fā)的$1。2可把氣體co2制出，但不能說明碳酸和硅酸的相對強弱。答案：B4.實戰(zhàn)演練一、選擇題（每小題6分，共48分）.（2002年全國高考題）以下說法正確的是A.納米材料是指一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料B.綠色食品是指不含任何化學物質(zhì)的食品C.生物固氮是指植物通過葉面吸收空氣中的氮氣D.光導纖維是以二氧化硅為主要原料制成的.實驗室存放下列各試劑的瓶塞必須用橡皮塞的是A.澄清石灰水B.硅酸鈉溶液A.澄清石灰水B.硅酸鈉溶液C.新制氯水D.氯化鈣溶液.2MgO-SiO?中的酸根離子是A.SiO|-C.SiA.SiO|-C.Si葉D-SiOl-.將過量的CO2通入下列溶液中，最終出現(xiàn)渾濁的是A.CaC<溶液A.CaC<溶液B.石灰水5.下列各組物質(zhì)的比較中，正確的是A.熔點：晶體硅>碳化硅〉金剛石C.穩(wěn)定性：CH>SiHC.飽和Naf()3溶液D.水玻璃B.金屬活動性：楮>錫D.酸性：HSiO3>HCO3.欲除去SiO2中混有的少量CaC()3和FeO3,最好應(yīng)加入的試劑是A.硫酸A.硫酸B.燒堿C.氫氟酸D.鹽酸.現(xiàn)有下列五個轉(zhuǎn)化，其中不可能通過一步反應(yīng)實現(xiàn)的是①SiO——>NaSi0②CuSO——>CuCl③SiO——>HSi0④CuO——>Cu(OH)22342223@Ca(PO)——>Ca(HPO)342242A①和②B.③和④C.②③和④D.②③④和⑤.下列敘述中，術(shù)住確的是A.光導纖維廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通訊，制造光導纖維的主要原料是SWB.二氧化碳不宜用于撲滅金屬鈉燃燒引起的火災(zāi)C.一定條件下，可將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，這一變化是物理變化D.氫氣作為新型燃料，其突出的優(yōu)點是氫氣輕，便于攜帶、非選擇題(共52分)9.(12分)將5g含有SiO2的石灰石與267mL0.5mol-Lt的鹽酸反應(yīng)，所得CO2在標準狀況下的體積為1064mL。(1)中和剩余的鹽酸，需1mol?LtNaOH溶液mL。(2)煨燒1噸這種不純的碳酸鈣，最后殘留物質(zhì)量為噸。(10分)氮化硅是一種耐高溫陶瓷材料，它的硬度大，熔點高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300c反應(yīng)獲得。(1)氮化硅晶體屬于晶體。(2)已知氮化硅晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子