2020学年高中化学 第三单元 化学与材料的发展 课题1 无机非金属材料教学案 新人教版选修2

2020学年高中化学 第三单元 化学与材料的发展 课题1 无机非金属材料教学案 新人教版选修2

课题1 无机非金属材料 传统硅酸盐材料 ‎[自读教材·夯基础]‎ ‎1．传统硅酸盐材料概述 ‎(1)生产原料：黏土、石英、钾长石、钠长石等。‎ ‎(2)结构：一般都含有[SiO4]4－。‎ ‎(3)共性：大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。‎ ‎2．陶瓷 ‎(1)制备原料：黏土、水、彩釉。‎ ‎(2)条件：高温烧结。‎ ‎(3)种类：土器、炻器、瓷器等。‎ ‎(4)性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等。‎ ‎3．玻璃 ‎(1)生产原料：石英砂、石灰石、纯碱。‎ ‎(2)主要成分：Na2SiO3和CaSiO3。‎ ‎(3)反应原理：‎ Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2‎ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2　‎ ‎(4)特种玻璃：‎ 品种主要有：石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等。‎ ‎4．水泥 ‎(1)原料：石灰石、黏土和辅助原料(如石膏等)。‎ ‎(2)主要成分：3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3等。‎ ‎(3)性质：在空气和水中逐渐硬化。‎ ‎(4)用途：作建筑材料，制成水泥砂浆或混凝土。‎ ‎[跟随名师·解疑难]‎ ‎(1)陶釉料中主要含有一些金属及金属氧化物，如红色Cu2O。‎ ‎(2)玻璃没有固定的熔点，在一定温度范围内逐渐软化。在软化状态时，可以被吹成各种形状的玻璃制品。‎ ‎(3)石膏的作用是调节水泥的硬化速度。‎ ‎(4)‎ 14‎ 水泥的主要成分常用氧化物的形式表示，但水泥的主要成分是硅酸盐、铝酸盐，而不是氧化物。‎ ‎(5)水泥吸水能力强，储存和运输过程中注意防水、防潮。‎ ‎[剖析典例·探技法]‎ ‎[例1]　下列有关传统硅酸盐材料的说法不正确的是(　　)‎ A．生产普通玻璃和普通水泥的原料中都含有石灰石 B．玻璃加热熔化时有固定的熔点 C．生产陶瓷的原料主要为硅酸盐 D．玻璃的成分中含有SiO2，不能用带磨砂玻璃塞的试剂瓶盛放烧碱 ‎[名师解析]　生产玻璃的主要原料是石英砂、石灰石和纯碱，生成水泥的主要原料是石灰石和黏土，生产陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，为硅酸盐。玻璃不是晶体，在熔化时没有固定的熔点。SiO2能与NaOH反应生成Na2SiO3，使瓶塞与瓶口粘在一起。‎ ‎[答案]　B ‎[名师点睛]‎ 磨砂处理后的玻璃，在常温下极易被强碱或强碱性物质腐蚀。未磨砂处理的玻璃在常温下耐碱，在高温下不耐碱。因此常温下盛装NaOH等强碱溶液可用玻璃瓶，但不能用磨砂玻璃塞；加热熔化NaOH等强碱固体时，不能用玻璃试管或瓷坩埚，通常用铁坩埚。‎ 新型无机非金属材料 ‎[自读教材·夯基础]‎ ‎1．新型陶瓷 ‎(1)碳化硅(SiC)：又称金刚砂，结构与金刚石相似，硬度大、耐高温，可作航天器的涂层材料。工业上制备碳化硅的化学方程式为SiO2＋‎3CSiC＋2CO↑。‎ ‎(2)氮化硅熔点高、硬度大、化学性质稳定，它的制造方法有多种，可以将高纯硅与纯氮气混合，在1 ‎300 ℃‎条件下反应制得，化学方程式为3Si＋2N2Si3N4；也可以用四氯化硅和氮气在氢气保护下反应制得，化学方程式为3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。 ‎ ‎2．单晶硅 硅是目前半导体工业最重要的基础材料，其导电特性对杂质十分敏感，必须首先制备高纯度的硅。高纯度硅制备的主要反应：‎ ‎(1)SiO2＋‎2CSi＋2CO。‎ ‎(2)Si＋3HClSiHCl3＋H2。‎ 14‎ ‎(3)SiHCl3＋H2Si＋3HCl。‎ ‎3．石墨、金刚石和C60‎ ‎(1)金刚石的制备方法：‎ ‎①石墨转变成金刚石的生产条件：1 300～1 ‎400 ℃‎、6×106～7×106kPa、Fe、Co、Ni等作催化剂。‎ ‎②化学气相沉积法制造金刚石薄膜。‎ 原理：CH4C(金刚石)＋2H2。‎ ‎(2)C60可能成为新型贮氢材料。‎ ‎(3)K‎3C60具有超导性，可开发出高温超导材料。‎ ‎(4)碳纳米管具有更大的韧性。‎ ‎[跟随名师·解疑难]‎ ‎(1)新型无机非金属材料的性能：‎ ‎①能承受高温，强度高，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷；‎ ‎②具有光学特性，如光导纤维(成分为SiO2)；‎ ‎③具有电学特性，如K‎3C60超导体；‎ ‎④具有生物功能，如Ca3(PO4)2系陶瓷。‎ ‎(2)石墨、金刚石和C60的比较(结构性质用途)：‎ 物质 金刚石 石墨 C60‎ 晶体结构 正四面体、空间网状的原子晶体，键与键之间夹角为109°28′‎ 同一平面成正六边形结构，层间以范德华力相结合 笼状结构，形似足球，分子晶体 主要性质 熔点和沸点较高，硬度大，难溶于溶剂，不能导电 熔点很高，质软，有滑腻感，是电的良导体 易与金属掺杂形成超导体 主要用途 钻具、装饰品 润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料 润滑剂，耐热防火材料 ‎[剖析典例·探技法]‎ ‎[例2]　下列对材料的特性及用途的叙述不正确的是(　　)‎ A．氧化铝陶瓷具有两性，因此可用来制造人造牙齿 B．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机部件 C．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料 14‎ D．人造金刚石硬度高，可用于制造研磨材料 ‎[名师解析]　本题以新型无机非金属材料为题材着重考查了性质决定用途这一原则。氧化铝陶瓷用来制造人造牙齿的原因是它具有很高的硬度及具有良好的生物相容性而不是由于其两性。氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，所以用于制造柴油机部件时不需要冷却，损失的能量小。光导纤维传导光的能力很强，在通讯时用于传导光信号。目前工业上作为研磨材料使用的主要是人造金刚石。‎ ‎[答案]　A ‎[名师点睛]　‎ ‎(1)新型陶瓷材料从化学组成上来看已经不属于传统硅酸盐陶瓷材料了，只是它们多数也具有一般硅酸盐材料的耐高温、强度高、耐腐蚀的特性，并且从外观上与传统的硅酸盐陶瓷一样不具有金属光泽，都属于脆性材料，容易碎裂等。‎ ‎(2)广义上陶瓷是用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的广义定义来看仍然属于陶瓷材料。‎ 无机非金属材料 ‎(1)硅酸盐组成的表示方法：由于硅酸盐的种类多，结构复杂，表示它们的组成较复杂，除简单的硅酸盐(如Na2SiO3等)用盐的形式表示外，绝大多数常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示。把硅酸盐由盐的书写形式改写为氧化物的形式是xMO·nSiO2·mH2O[如果有(OH)n时]，其中MO表示金属氧化物，x、n、m均由组成中有关原子的个数决定。‎ 复杂硅酸盐改写成氧化物的顺序为碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水，一定要记住改写后氧化物的排列顺序。‎ ‎(2)理解新型无机非金属材料须注意以下几点：‎ ‎①新型无机非金属材料属于无机物；‎ ‎②新型无机非金属材料是高科技产品；‎ ‎③新型无机非金属材料具有特殊结构、特殊功能。‎ 14‎ ‎1．下列说法中，正确的是(　　)‎ A．传统的无机非金属材料具有抗腐蚀性、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击的缺点 B．新型无机非金属材料继承了传统非金属材料的优点，但不能耐高温 C．新型无机非金属材料可以作为绝缘体，但都不能作为半导体 D．新型无机非金属材料都能透过可见光 解析：新型无机非金属材料有的可以耐高温(如氮化硅)；用硅可以制作半导体材料；并不是所有的无机非金属材料都可透光。‎ 答案：A ‎2．下列属于新型无机非金属材料的特性的是(　　)‎ ‎①能承受高温、强度高　②具有电学特性　③具有光学特性　④具有生物功能　⑤可塑性好 A．①　　　　　　　　 B．①②‎ C．①②③⑤ D．①②③④‎ 解析：新型无机非金属材料具有耐高温、强度高，具有电学特性、光学特性和生物功能的性质。‎ 答案：D ‎3．石英砂和焦炭在高温电炉中可合成金刚砂，已知其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SiC B．金刚砂的硬度很大 C．金刚砂的熔点比晶体硅要高 D．反应方程式为SiO2＋‎2CSiC＋CO2↑‎ 解析：反应方程式为‎3C＋SiO2SiC＋2CO↑，故D不正确。‎ 答案：D ‎4．我国科学家前不久成功合成3 nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高，化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是(　　)‎ A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳元素 C．它的结构与石墨不同 D．碳纤维是一种高分子化合物 解析：碳纤维是碳元素形成的单质，不是高分子化合物。‎ 14‎ 答案：D ‎5．新型陶瓷因具有光、电、磁、生物和化学等新的特性和功能，越来越受到人们的青睐。‎ ‎(1)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度硅与纯氮在1 ‎300 ℃‎反应获得。‎ ‎①根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是______(填序号)。‎ A．制汽轮机叶片 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___________________________________________________。‎ ‎(2)磷酸钙是陶瓷，也是一种新型无机非金属材料，它可用于制成人造骨骼，这是利用了这类材料的(　　)‎ A．耐高温的特性 B．电学特性 C．光学特性 D．生物功能 解析：(1)根据N和Si的原子结构及其元素周期律的知识，可判断氮元素非金属性比硅强，故N显负价(－3)，Si显正价(＋4)，由此可写出氮化硅的化学式Si3N4。‎ ‎(2)根据新型无机非金属材料的四种特性及其应用进行判断。植入的陶瓷和人体组织有很好的亲和性，在体内能长期发挥功能。‎ 答案：(1)①ACD　　　②　Si3N4‎ ‎③Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH‎4F ‎④3SiCl4＋2N2＋6H2强热,Si3N4＋12HCl ‎(2)D ‎[高考感悟]‎ ‎1．(江苏高考)下列物质性质与应用对应关系正确的是(　　)‎ A．晶体硅熔点高硬度大，可用于制作半导体材料 14‎ B．氢氧化铝具有弱碱性，可用于制胃酸中和剂 C．漂白粉在空气中不稳定，可用于漂白纸张 D．氧化铁能与酸反应，可用于制作红色涂料 解析：晶体硅的导电性介于导体和绝缘之间，所以用作半导体材料，A项错误；氢氧化铝具有弱碱性，能中和过量的胃酸，B项正确；漂白纸张利用的是次氯酸钙的强氧化性，不是不稳定性，C项错误；氧化铁是红棕色固体，可用于制作红色涂料，跟它能与酸反应没有关系，D项错误。‎ 答案：B ‎2．(山东基本能力测试)美丽的大自然蕴藏着丰富的矿产资源。钻石是经过琢磨的金刚石，下列说法正确的是(　　)‎ A．金刚石比石墨的硬度高 B．金刚石是一种金属单质 C．金刚石是可再生资源 D．在金刚石被琢磨成钻石的过程中，金刚石发生了化学变化 解析：金刚石是碳元素形成的具有立体网状结构的非金属单质，其硬度比石墨高。金刚石属于不可再生资源，在金刚石被琢磨成钻石的过程中，只有化学键的断裂，没有化学键的生成，不属于化学变化。‎ 答案：A ‎3．(海南高考)硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：‎ ‎(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是________。‎ ‎(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有________。‎ ‎(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：‎ 发生的主要反应 电弧炉 SiO2＋‎2CSi＋‎ 14‎ ‎2CO↑‎ 流化床反应器 Si＋3HClSiHCl3＋H2‎ 还原炉 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ‎①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为________________________________________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。‎ ‎②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。‎ 物质 Si SiCl4‎ SiHCl3‎ SiH2Cl2‎ SiH3Cl HCl SiH4‎ 沸点/℃‎ ‎2 355‎ ‎57.6‎ ‎31.8‎ ‎8.2‎ ‎－30.4‎ ‎－84.9‎ ‎－111.9‎ ‎③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为________。‎ ‎(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是________。‎ 解析：大多为常见知识考查。(3)比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点，可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体、SiH2Cl2、SiH3Cl为气体，沉降除去产物中的固体后，冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体，用蒸馏可分离二者。‎ 答案：(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁) (2)石英砂、纯碱和石灰石(3)①SiO2＋‎3CSiC＋2CO↑　金刚砂　金刚石(或单晶硅)　②精馏(或蒸馏)　③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl　(4)H2、HCl ‎[课时跟踪训练]‎ 一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)‎ ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．陶瓷、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SiO2‎ C．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为3(MgO·CaO)·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SiO2·xH2O，B项错误。SiO2可与氢氟酸反应，C项错误。石棉改写成氧化物的形式为CaO·3MgO·4SiO2，D项错误。‎ 答案：A ‎2．[双选题]下列属于新型无机非金属材料的是(　　)‎ 14‎ A．高强度水泥　　　　　　 B．钢化玻璃 C．氧化铝陶瓷 D．光导纤维 解析：玻璃、水泥和陶瓷都属于传统硅酸盐产品，氧化铝陶瓷有很高的熔点和硬度，属于新型陶瓷。‎ 答案：CD ‎3．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，D正确。‎ 答案：D ‎4．高温下发生反应SiO2＋‎3CSiC＋2CO↑，其中氧化剂与还原剂的质量比为(　　)‎ A．1∶3 B．5∶3‎ C．1∶2 D．2∶1‎ 解析：在反应中碳既作氧化剂又作还原剂，根据氧化还原反应的规律可知，氧化剂与还原剂的质量比为1∶2。‎ 答案：C ‎5．下列叙述正确的是(　　)‎ ‎①普通水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙 ‎②制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂 ‎③陶瓷的种类很多，主要分为土器、瓷器和炻器等 ‎④高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷都属于新型无机非金属材料 ‎⑤硅氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料大多具有稳定性、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点 ‎⑥水泥砂浆又称混凝土 14‎ A．①②③⑥ B．①③④⑤‎ C．①②③④⑤ D．②③④⑥‎ 解析：水泥砂浆是水、水泥、沙子的混合物，在建筑上用作黏合剂；混凝土是水泥、沙子和碎石等的混合物，大量用于建筑、道路等工程中，⑥说法错误。‎ 答案：C ‎6．根据水泥、玻璃和陶瓷的生产过程，总结出硅酸盐工业的一般特点是(　　)‎ ‎①原料一定是含硅元素的物质　②生成物是硅酸盐 ‎③反应条件是高温　④发生复杂的物理、化学变化 A．①和② B．①②③‎ C．①③④ D．①②③④‎ 解析：硅酸盐工业包括水泥、玻璃和陶瓷的制取等。这些工业的特点为需要用含硅的物质作原料，均需在高温条件下发生复杂的物理、化学变化。‎ 答案：D ‎7．氮化硅(Si3N4)是一种具有耐高温等优异性能的新型陶瓷，工业上可用下列方法制取：3SiO2＋‎6C＋2N2高温,Si3N4＋6CO，下列说法正确的是(　　)‎ A．氮化硅性质活泼，易与其他物质反应 B．氮化硅中氮元素的化合价为－3‎ C．上述反应中，N2是还原剂，SiO2是氧化剂 D．上述反应中，每生成1 mol Si3N4，N2得到6 mol电子 解析：由Si3N4耐高温可知其性质稳定，A不正确。N元素的非金属性强于Si，故在Si3N4中N元素的化合价为－3价，B项正确。由题给方程式可知，N2是氧化剂，C是还原剂，SiO2既不是氧化剂又不是还原剂，C不正确。在上述反应中，每生成1 mol Si3N4，N2得到12 mol电子，D不正确。‎ 答案：B ‎8．四氯化硅还原法是当前制备较高纯度硅的一种方法，有关反应的化学方程式为SiCl4(g)＋2H2(g)高温,Si(s)＋4HCl(g)。下列说法合理的是(　　)‎ A．光导纤维的主要成分是硅单质 B．减小压强有利于加快化学反应速率 C．高温下，氢气的还原性强于硅 D．混入少量空气对上述反应无影响 解析：光导纤维的主要成分是SiO2，A不正确。减小压强会使化学反应速率减小，B不正确。在高温下硅能与空气中的O2发生反应，影响生成物的纯度，D不正确。‎ 答案：C ‎9．下列关于无机非金属材料的说法中正确的是(　　)‎ 14‎ A．传统无机非金属材料是指：光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 解析：A项中光导纤维是新型无机非金属材料；B项中强度比较差是错误的；D项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其主要成分都不是硅酸盐。‎ 答案：C ‎10．在高新技术蓬勃发展的今天，陶瓷材料被称为“支撑未来高新技术的尖端材料”，广泛应用在航空、航天、信息、医疗、交通运输等许多领域。下列说法中正确的是(　　)‎ A．新型陶瓷材料和传统陶瓷材料都是硅酸盐材料 B．新型陶瓷材料又叫精细陶瓷或高性能陶瓷 C．制造新型陶瓷制品的原料以天然矿物为主 D．现在已经制造出的新型陶瓷材料大都性能优异，具有很好的延性和超塑性 解析：新型陶瓷材料的化学组成已经远远超出硅酸盐的范围，不再是传统的硅酸盐材料，A不正确。制造新型陶瓷制品所用的原料已从天然矿物发展为人工合成的超细、高纯的化工原料，C不正确。目前，人们制造的许多新型陶瓷材料，虽然性能优异，但仍然属于脆性材料，延性不好，D不正确。‎ 答案：B 二、非选择题(本题包括4小题，共50分)‎ ‎11．(10分)获取知识和信息是现代人不可缺少的能力，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。‎ ‎(1)光导纤维是一种高质量传导光的玻璃纤维，利用光缆通讯，能同时传输大量信息。制造光纤电缆的主要原材料的化学式是________，它属于________材料。‎ 信息产业的核心材料是高纯度的硅，高纯度的单晶硅生产方法之一：SiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸点‎33.0 ℃‎)Si超纯硅(多晶硅)―→单晶硅 用得较多的另一种方法(之二)是：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用得硅烷(SiH4)，再加热分解得高纯硅。‎ 单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。‎ 根据上述信息回答以下问题：‎ ‎(2)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅为何还要进一步处理？‎ 14‎ ‎(3)写出方法二中生产高纯硅的两个化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：本题考查了硅、二氧化硅的性质、用途。光导纤维的主要成分是SiO2，属于(新型)无机非金属材料。由题信息，硅是越纯越好，由碳还原得到的是粗硅，需要提纯。‎ 答案：(1)SiO2　(新型)无机非金属 ‎(2)由碳还原SiO2得到的单质硅中，杂质含量过高，将它用HCl处理得到低沸点的SiHCl3，便于蒸发提纯，然后再还原得到高纯硅。‎ ‎(3)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑‎ SiH4Si＋2H2‎ ‎12．(10分)工业生产中，利用不同原料或添加不同的化学物质，以及采用不同的工艺过程等，可制得多种性能、用途的玻璃。‎ ‎(1)普通玻璃制造过程所发生的化学反应主要是_______________________________，‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)现有三种物质：a.含有钾、铅的原料，b.B2O3，c.某些金属氧化物或盐。‎ ‎①制造化学仪器的玻璃需加入的物质是__________。(填编号，下同)‎ ‎②制造光学仪器的玻璃需加入的物质是________。‎ ‎③制造颜色不同的玻璃需加入的物质是________。‎ ‎(3)与普通玻璃相比具有相同组成的是________。‎ A．钢化玻璃 B．光学仪器玻璃 C．石英玻璃 D．有色玻璃 解析：(2)加入含钾、铅的原料可用来制造光学玻璃；加入B2O3制成的玻璃耐化学腐蚀、耐温度急剧变化，可用于制造化学仪器；加入一些金属氧化物或盐可以得到不同颜色的玻璃。‎ ‎(3)钢化玻璃是将普通玻璃加热软化后急速冷却得到的。‎ 答案：(1)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2‎ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2‎ 14‎ ‎(2)①b　②a　③c　(3)A ‎13．(12分)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：‎ 为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可做光导纤维。‎ 按要求回答下列问题：‎ ‎(1)C的化学式为______________；X的化学式为__________________。‎ ‎(2)写出下列方程式：‎ 反应②的化学方程式____________________________________________________；‎ 反应⑦的离子方程式____________________________________________________。‎ 解析：由I可做光导纤维，可知I为SiO2，递推可知F为H2SiO3，H为Na2SiO3；由F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀结合框图可知G为AgCl，进而可以确定C为SiCl4，结合X的性质最终确定X为Si3N4。‎ 答案：(1)SiCl4　Si3N4‎ ‎(2)SiCl4＋4NH3===Si(NH2)4＋4HCl SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3＋2HCO ‎14．(18分)高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备：‎ SiO‎2‎Si(粗)SiHCl‎3‎Si(纯)‎ ‎(已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。)‎ ‎(1)写出步骤a的化学方程式：_____________________。此反应不能证明C的非金属性比Si强，请你用一个化学方程式来说明C的非金属性比Si强的事实：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)步骤b经过冷凝得到的SiHCl3(沸点‎33.0 ℃‎)中含有少量的SiCl4(沸点‎57.6 ℃‎)和HCl(沸点—‎84.7 ℃‎)，提纯SiHCl3的主要化学操作的名称是_____________。‎ ‎(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：‎ 14‎ ‎①装置B中的试剂________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_____________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是__________________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________，装置D中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及________________________________________________________________________。‎ ‎④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，需再加入的试剂(填写字母代号)是________。‎ a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液　e．Na2SO3溶液 解析：(1)利用碳酸的酸性比硅酸的酸性强可证明C的非金属性比Si强。‎ ‎(2)利用两种液体的沸点不同，因此提纯SiHCl3的操作的名称为蒸馏(或分馏)。(3)根据题干“SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中自燃”可知道H2的作用之一就是排尽装置内空气，防止SiHCl3自燃，B的作用就是干燥H2，所以选用浓H2SO4。由于通入D中应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流，所以C装置要水浴加热。由D装置应加热到1 000～1 ‎100 ℃‎，所以必须用耐高温的石英管。鉴定是否含铁单质，可用氯水溶解后再用KSCN溶液检验。‎ 答案：(1)SiO2＋‎2C高温,Si＋2CO↑‎ Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3‎ ‎(2)蒸馏(或分馏)‎ ‎(3)①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化 ‎②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3＋H‎2300 ℃‎,Si＋3HCl ‎③排尽装置中的空气　④bd 14‎