《第22講 硅酸鹽工業(yè) 新型無機(jī)非金屬材料》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第22講 硅酸鹽工業(yè) 新型無機(jī)非金屬材料（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、硅酸鹽工業(yè) 新型無機(jī)非金屬材料 ★復(fù)習(xí)重點 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 ★難點聚焦 一、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。 二、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

2、、木材防火劑和黏膠劑。 常用硅酸鹽產(chǎn)品：玻璃、陶瓷、水泥。 ★例題精講 [例1] 熔融氫氧化鈉反應(yīng)選用的器皿是 [ ] 　答案：D A．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，只能選生鐵坩堝。　 [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 [ ]。答案：AC A．硅酸鈉溶液 　B．氫

3、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)。 　　　　 [例3] 普通玻璃的主要成分為Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2 　?。?）試計算普通玻璃中相當(dāng)含有Na2O

4、，CaO和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各是多少？ 　?。?）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。 　?。?）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。 ?。?）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％=6.5kg 　　m（CaO）：5

5、0kg×11.7％=5.85kg 　　m（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.

6、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(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

7、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+O2CO2 　 B為SiO2 SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 　　Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓ 　 　C為普通玻璃 　　Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑　　CaCO3+SiO

8、2==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。 　　可先由Zn％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

9、：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．5 B．6 　C．7 D．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CO2

10、 　　B．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

11、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）g Pb氧化生成的PbO

12、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(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

13、含錫為xg，含鉛為（100-x）g 　　Sn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） 　?。ㄥa的質(zhì)量） 　　100-x=56.8（g） 　?。ㄣU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

14、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＋

15、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：

16、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℃時仍具有高強(qiáng)度。 ?。?）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。 ?。?）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。 ?。?）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

17、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．因為高溫時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。因為它能與堿反應(yīng)

18、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?！　〈鸢福築 ★實戰(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氣 D.光導(dǎo)纖維是以二氧化硅為主要原料制成的 2.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

19、 C.新制氯水 D.氯化鈣溶液 3.2MgO·SiO2中的酸根離子是 A.SiO B.Si2O C.SｉO D.SiO 4.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：晶體硅＞碳化硅＞金剛石B.金屬活動性：鍺＞錫 C.穩(wěn)定性：CH4＞SｉH4 D.酸性：H2SｉO3＞H2CO3 6.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

20、.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)實現(xiàn)的是 ①SiO2Na2SｉO3②CuSO4CｕCl2③SiO2H2SｉO3 ④CｕOCｕ（OH）2⑤Ca3（ＰO4）2Ca（H2ＰO4）2 A.①和② B.③和④ C.②③和④ D.②③④和⑤ 8.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SiO2 B.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 二、非選擇題（共52

21、分） 9.(12分)將5 g含有SiO2的石灰石與267 mL 0.5 mol·L－1的鹽酸反應(yīng)，所得CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1064 mL。 (1)中和剩余的鹽酸，需1 mol·L－1 NaOH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

22、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)用四氯化硅和氮氣在氫氣保護(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，以氧化物形式可表示為 ，鉀云母的化學(xué)式是K2H4Al6Si6O24，以氧化物形式可表示為

23、 。 12.(10分)由Fe、Si、Al組成的混合物9.7 g，與足量的稀硫酸反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下可生成5.6 L氫氣。若將等質(zhì)量的該混合物與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下也可產(chǎn)生同樣多的氫氣。問在上述9.7 g混合物中含F(xiàn)e、Si、Al各多少克? 13.（10分）由SiO2和CaCO3組成的混合物26.0 g，經(jīng)灼燒至質(zhì)量恒定時，其質(zhì)量減少8.8 g,試解答： （1）寫出可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式； （2）求產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積； （3）求原混合物中SiO2的質(zhì)量。 附參考答案 一、1.D 2.AB 3.C 4.解析：同溫下NaHC

24、O3比Na2CO3的溶解度要小。答案：CD 5.C 6.D 7.解析：SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O CuSO4+BaCl2===BaSO4↓+CuCl2 Ca3(PO4)2+4H3PO4===3Cu(H2PO4)2。 答案：B 8.CD 二、9.（1）38.5 (2)0.582 10.(1)原子 （2）Si3N4 (3)3SiCl4+6H2+2N2Si3N4+12HCl 11.Na2O·CaO·6SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 12.Fe:5.6 g Si:1.4 g Al:2.7 g 13.（1）SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑，CaCO3CaO+CO2↑（2）4.48 L（3）6 g