第五章 化工生产中的重要非金属元素第三节 无机非金属元素【学习目标】 1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产。2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。【基础知识】一、硅酸盐材料1、硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si 和 O 构成了 硅氧四面体 ，Si 在中心，O 在 四面体 的 4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的 O 相互 连接 。2、硅酸盐材料产品原料主要设备主要成分 用途陶瓷黏土 (主要成分为含水的铝硅酸盐)—— 硅酸盐建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等玻璃(普通)纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥石灰石、黏土、适量石膏水泥回转窑 硅酸盐 建筑和水利工程注意：由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”，可知反应的化学方程式为 SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑。二、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅（1）硅元素的存在与结构存在原子结构示意图周期表中位置含量 存在形态地壳中居第 二位氧化物和硅酸盐第 三 周期、第 Ⅳ A 族（2）单质硅的制备（3）硅和二氧化硅的用途2、新型陶瓷（1）新型陶瓷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。（2）碳化硅(SiC)俗称 金刚砂 ，碳原子和硅原子通过 共价键 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 耐高温 ，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。3、碳纳米材料碳纳米材料在 能源、信息、医药 等领域有着广阔的应用前景。 结构特点 应用富勒烯由 碳 原子构成的一系列笼形分子的总称代表物 C 60 开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳纳米管由 石墨 片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径用于生产 复合材料 、电池和 传感 器 等石墨烯只有 一个 碳原子直径厚度的单层石墨应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等【考点剖析】考点一　传统无机非金属材料1.硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。下面有关硅酸盐材料的说法，正确的是(　　)A.普通玻璃的主要成分是纯碱、石灰石和石英B.制造水泥的主要原料是石灰石和黏土C.水玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D.陶器比瓷器的结构致密，几乎不吸水2.制造水泥和普通玻璃都需要的原料是(　　)A.石灰石 B.黏土C.纯碱 D.硅酸钠考点二　新型无机非金属材料3.被誉为 21 世纪“材料之星”的是(　　)A.石英砂 B.钛合金材料C.纳米材料 D.半导体硅晶片4.碳化硅(SiC)陶瓷基复合材料是一种新型热结构材料。在空气中，碳化硅能与熔融的氢氧化钠发生反应：SiC＋2NaOH＋2O2=====Na2SiO3＋X＋H2O，下列有关 X 物质的化学式推断中，正确的是(　　)A.SiO2 B.CO C.CO2 D.Na2CO35.碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是(　　)A.它们的物理性质有较大差异B.在常温下它们的化学性质都稳定C.它们是不同的碳单质D.它们分别完全燃烧后生成物不同6.太空航天器常穿上用新型陶瓷材料制成的“外衣”，在穿越大气层时，能克服“热障”安全返回地面，这种外衣主要利用了材料的(　　)A.绝缘性好 B.密度大C.耐高温和隔热性好 D.硬度大考点三　硅和二氧化硅7.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　)A.晶体硅和金刚石的物理性质相似B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电8.下列关于硅及其化合物的说法中，正确的是(　　)A.硅可用于制造光导纤维B.水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品C.可用反应 Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(胶体)制取硅酸D.SiO2既能与 HF 反应又能与强碱反应，所以 SiO2是两性氧化物9.下列说法正确的是(　　)A.光导纤维的主要成分为二氧化硅B.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸C.二氧化硅的俗名叫水玻璃，不溶于水D.硅在自然界中既有游离态又有化合态10.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，越来越多地被应用于热工的各个领域，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________(填字母)。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。①该反应的化学方程式为_______________________________________________________。②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为___________________________________________。11.气候条件独特，空气质量优良的新疆阿勒泰市，已成为我国第 8 个国家大气背景监测点。监测点安装的监测设备可日常监测二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等大气污染物。(1)汽车尾气(含 CO、SO2、NO 等)是城市空气的污染源之一，治理方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转化器”(用铂、钯合金作催化剂)，它能使一氧化碳跟一氧化氮反应生成可参与大气循环的无毒气体。①汽车尾气中导致酸雨形成的主要物质是_________________________________________。②请写出形成硝酸型酸雨的主要反应的化学方程式：__________________________________。③在汽车排气管上加装“催化转化器”，可使 CO 和 NO 反应产生可参与大气循环的无毒气体，请写出该反应的化学方程式：________________________________________________。④下列选项中，控制城市空气污染的合理措施有______(填字母)。A.充分利用太阳能，减少化石燃料的燃烧B.使用电动车，减少汽油消耗C.禁止人们出行D.带上呼吸面具(2)实验室里，处理含氮氧化物的尾气一般用 NaOH 溶液来吸收。①若用 NaOH 溶液吸收 NO2，可生成 2 种含氮元素的钠盐，请写出化学方程式：________________________________________________________________________。② NO2和 NO 的混合气体也可用 NaOH 溶液吸收，只生成一种盐，请写出化学方程式：________________________________________________________________________。12.某实验小组设计了如下装置探究焦炭还原二氧化硅。已知：PdCl2溶液可用于检验 CO，反应的化学方程式为 CO ＋ PdCl2＋ H2O===CO2＋2HCl ＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的 N2，其原因是______________________________________。(2)装置 B 的作用是___________________________________________________________。(3)装置 C、D 中所盛试剂分别为____________、____________，若装置 C、D 中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_________________________________________________________________。(4)该装置的缺点是___________________________________________________________。(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_______________________________________。