考點(diǎn)22、硅酸鹽工業(yè)-新型無機(jī)非金屬材料

考點(diǎn)22、硅酸鹽工業(yè)新型無機(jī)非金屬材料1．復(fù)習(xí)重點(diǎn)水泥工業(yè)和玻璃工業(yè)的基本原理；新型無機(jī)非金屬材料的特性及主要用途2．難點(diǎn)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(qiáng)的酸反應(yīng)制得。Na2SiO3＋2HCl==H2SiO3＋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(xué)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。+17287+17287五．氯元素：位于第三周期第ⅦA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[]答案：DA．陶瓷坩堝B．石英坩堝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。[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(dāng)含有Na2O，CaO和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)，可計算50kg普通玻璃中Na2O、CaO和SiO2的含量：m（Na2O）：50kg×13％=6.5kgm（CaO）：50kg×11.7％=5.85kgm（SiO2）：50kg×75.3％=37.65kg再求需純堿、碳酸鈣和二氧化硅的質(zhì)量：m（SiO2）：37.65kg答案：（1）普通玻璃中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13％，CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.7％，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn)。根據(jù)以上事實(shí)，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(xué)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：32×1.375=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(diǎn)，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+O2CO2B為SiO2SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2ONa2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓C為普通玻璃Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑[例5]某硅酸鋅樣品含58.6％的鋅，而ZnO％與SiO2％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總和為100％，寫出這樣品的化學(xué)式（最簡式）。分析：題目要求寫出這樣品的化學(xué)式（最簡式），即是要求通過計算找出ZnO與SiO2的物質(zhì)的量之比值，然后用SiO2和ZnO的形式表示此硅酸鋅樣品的組成?？上扔蒢n％求算出ZnO％，并求出SiO2％。然后再運(yùn)用求最簡式最基本的方法求出此硅酸鋅的組成。SiO2％=1-73.0％=27.0％該硅酸鋅樣品的化學(xué)式為：2ZnO·SiO2。[例6]兩個原硅酸分子的OH原子團(tuán)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(dāng)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(dāng)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(qiáng)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(qiáng)，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116g，求合金中鉛、錫的質(zhì)量分?jǐn)?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）g。①Sn氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是SnO2（＋4價氧化物穩(wěn)定），Sn的相對原子質(zhì)量為Pb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?yàn)镾nO2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(xué)式所表示的元素質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?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=SnO2的物質(zhì)的量Pb的物質(zhì)的量=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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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?；旌衔镏性刑妓徕c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(xué)方程式為：Na2CO3＋2HCl==2NaCl＋H2O＋CO2↑（1）NaHCO3＋HCl==NaCl＋H2O＋CO2↑（2）NH4HCO3＋HCl==NH4Cl＋H2O＋CO2↑（3）（4）（5）設(shè)7.06g該混合物中含Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3分別為x、y、zmol從化學(xué)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(xué)方程式（4）、（5）可知，第二份7.06g混合物加熱，其中x∶y∶z=0.02∶0.04∶0.02=1∶2∶1答：Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1∶2∶1。新型無機(jī)非金屬材料[例10]新型無機(jī)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(qiáng)度高。如氮化硅陶瓷在1200℃（2）具有電學(xué)特性。有的可作絕緣體，有的可作半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體。（3）具有光學(xué)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(dá)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)。[例11]請比較紅寶石和藍(lán)寶石成分的異同。人造紅寶石和人造藍(lán)寶石各有何用途？【解答】兩者的主要成分都是Al2O3（剛玉）。剛玉中混有少量鉻時，呈現(xiàn)紅色，就形成紅寶石；剛玉中混有少量鈦時，呈現(xiàn)藍(lán)色，就形成藍(lán)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(lán)寶石因能使紫外線和可見光通過，可用于制造光學(xué)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(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力非常強(qiáng)，利用光纜通訊，能同時傳送大量信息C．因?yàn)楦邷貢r二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)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(qiáng)酸，但溶于氫氟酸。因?yàn)樗芘c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CO2通入Na2SiO3溶液可生成硅酸。而SiO2能和Na2CO3高溫下反應(yīng)生成CO2，它可說明不揮發(fā)的SiO2可把氣體CO2制出，但不能說明碳酸和硅酸的相對強(qiáng)弱。答案：B4．實(shí)戰(zhàn)演練一、選擇題（每小題6分，共48分）1.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(xué)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?dú)釪.光導(dǎo)纖維是以二氧化硅為主要原料制成的2.實(shí)驗(yàn)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C.新制氯水 D.氯化鈣溶液3.2MgO·SｉO2中的酸根離子是A.SiO B.Si2OC.SｉO D.SiO4.將過量的CO2通入下列溶液中，最終出現(xiàn)渾濁的是A.CaCl2溶液 B.石灰水C.飽和Na2CO3溶液 D.水玻璃5.下列各組物質(zhì)的比較中，正確的是A.熔點(diǎn)：晶體硅＞碳化硅＞金剛石B.金屬活動性：鍺＞錫C.穩(wěn)定性：CH4＞SｉH4D.酸性：H2SｉO3＞H2CO36.欲除去SiO2中混有的少量CaCO3和Fe2O3，最好應(yīng)加入的試劑是A.硫酸 B.燒堿 C.氫氟酸 D.鹽酸7.現(xiàn)有下列五個轉(zhuǎn)化，其中不可能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是①SiO2Na2SｉO3②CuSO4CｕCl2③SiO2H2SｉO3④CｕOCｕ（OH）2⑤Ca3（ＰO4）2Ca（H2ＰO4）2A.①和② B.③和④C.②③和④ D.②③④和⑤8.下列敘述中，不正確的是A.光導(dǎo)纖維廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通訊，制造光導(dǎo)纖維的主要原料是SiO2B.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(diǎn)是氫氣輕，便于攜帶二、非選擇題（共52分）9.(12分)將5g含有SiO2的石灰石與267mL0.5mol·L－1的鹽酸反應(yīng)，所得CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1064mL。(1)中和剩余的鹽酸，需1mol·L－1NaOH溶液mL。(2)煅燒1噸這種不純的碳酸鈣，最后殘留物質(zhì)量為噸。10.(10分)氮化硅是一種耐高溫陶瓷材料，它的硬度大，熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300℃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電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，請寫出氮化硅的化學(xué)式。(3)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃獗Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：。11.（10分）普通玻璃的成分Na2CaSi6O14，以氧化物