含3套新高考模拟卷高中化学第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料第2课时导学案2鲁科必修1.docx

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含3套新高考模拟卷高中化学第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料第2课时导学案2鲁科必修1

第4章材料家族中的元素第1节硅无机非金属材料第2课时

【学习目标】

1.知道硅酸和硅酸盐的主要性质，会用氧化物形式表示硅酸盐的组成。

2.知道传统的硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料在生产、生活中的主要应用。

3.体会组成材料的物质的性质与材料性能的密切关系。

【学习过程】

一、硅酸　硅酸盐

1．下列含硅物质：

①硅酸钙（CaSiO3），②钾云母（K2Al6Si6H4O24），③石棉（CaMg3Si4O12），它们在组成上的相同点是________________________________，共同的物质类别是__________。

它们种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，如硅酸钙（CaSiO3）可表示为CaO·SiO2，钾云母可表示为________________________，石棉可表示为________________________。

2．硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多______溶于水，化学性质______稳定。

最简单的硅酸盐是硅酸钠，是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称__________。

（1）若取两个小木条（或滤纸条），分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液中浸泡，取出稍沥干后，同时分别放置在酒精灯外焰处，观察到的现象是____________________________，由此可得出的实验结论是________________________________________；

（2）在盛有饱和硅酸钠溶液的试管中，滴加2～3滴酚酞溶液，观察到的现象是________________；再滴加稀盐酸观察到的现象是________________________________，反应的化学方程式是________________________；

（3）若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是__________________________，反应的化学方程式是________________________________。

3．硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。

硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色。

（1）硅酸不稳定，受热易分解：

__________________________________________________；

（2）硅酸能与强碱溶液反应：

______________________________________________；

（3）实验室制取硅酸的方法是____________________________________________。

二、【归纳总结】

1.硅酸盐的概念：

组成的化合物的总称。

2．用氧化物形式表示硅酸盐的方法：

（1）各氧化物的书写顺序：

；

（2）氧化物之间以“·”；

（3）在氧化物前面按化学式中的比例添加。

3．硅酸钠不易腐蚀，不能燃烧，热稳定性强，其水溶液呈碱性，能与酸反应，其离子方程式为，

硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，在空气中露置易变质：

。

4．硅酸（H2SiO3）是一种难溶于水的物，具有性，硅酸失去部分水后得硅胶，由二氧化硅制备硅酸需先加氢氧化钠溶液，再加稀盐酸或通入过量二氧化碳。

三、无机非金属材料

1．传统无机非金属材料

硅酸盐产品有着广泛的应用，大家熟悉的玻璃、水泥和陶瓷是常见的硅酸盐产品，也是使用量最大的传统无机非金属材料。

（1）阅读教材填写下表：

水泥

玻璃

陶瓷

主要原料

主要反应

复杂

主要化学反应有________________________________

复杂

主要成分及种类

3CaO·SiO2（硅酸三钙）、2CaO·SiO2（硅酸二钙）、3CaO·Al2O3（铝酸三钙）

普通玻璃（Na2SiO3、CaSiO3、SiO2）、石英玻璃、光学玻璃、钢化玻璃、有色玻璃

土器、陶瓷、瓷器

主要性能

玻璃态物质，没有固定的________，可在一定范围内软化

抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘

典型设备

回转窑

玻璃熔炉

陶瓷窑

共同特点

高温条件下发生复杂的物理、化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐

（2）硅酸盐产品水泥与陶瓷的共同原料是________，水泥与玻璃的共同原料是__________。

（3）人类应用最早的硅酸盐材料是____________，它是以________等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品。

主要有陶器、瓷器。

2．新型无机非金属材料

常见的新型无机非金属材料有：

高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。

新型无机非金属材料具有一些特殊的结构、特殊的功能。

四、【归纳总结】

1.无机非金属材料是相对于由有机物组成的材料而言的，它大多由组成的无机物组成。

可分为无机非金属材料和无机非金属材料。

2．以含硅物质为原料经加热制成的产品，称材料。

日常生活中经常接触的硅酸盐制品有。

3.硅酸盐材料生产的特点：

（1）用含的物质作原料；

（2）反应条件是；

（3）反应原理复杂，有复杂的变化；

（4）生成物是。

导学案参考答案

一、1．都是由硅、氧和金属元素组成的化合物　硅酸盐

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O　CaO·3MgO·4SiO2

2．不　很　水玻璃　

（1）用蒸馏水浸泡的木条燃烧，用硅酸钠饱和溶液浸泡的木条不燃烧　硅酸钠耐高温，不能燃烧　

（2）溶液变为红色　溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀生成　Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl

（3）有白色胶状沉淀生成　Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3

3．

（1）H2SiO3

H2O＋SiO2

（2）2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O

（3）可溶性硅酸盐与酸反应

二、

1.由硅、氧和金属

2.

（1）活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水

（2）隔开（3）数字

3.SiO

＋2H＋===H2SiO3↓Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3

4.白色胶状不稳定性、弱酸

三、1．

（1）（从左到右，从上到下）石灰石、黏土　纯碱、石灰石、石英

黏土　Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑　水硬性　熔、沸点　

（2）黏土　石灰石

（3）陶瓷　黏土

四、1.非金属元素传统新型

2.硅酸盐水泥、玻璃、陶瓷

3.

（1）硅

（2）高温（3）物理、化学（4）硅酸盐

五、检测题

1.以氮化硅（Si3N4）和氧化铝（Al2O3）为原料，采用常压烧结或热压工艺制备赛伦。

赛伦的化学通式为Si6-xAlxOxN8-x，以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，因此，在冶金、机械、光学、医学等领域有重要应用。

它属于（）

A.金属材料

B.有机高分子材料

C.新型无机非金属材料

D.无机高分子材料

2.a是一种难溶于水的氧化物，能熔于熔融态的烧碱，生成易溶于水的化合物b，将少量b溶液滴入盐酸中，最终能生成一种白色的胶状沉淀，则a为（）

A.CO2B.SiO2C.Al2O3D.MgO

3.将足量CO2气体通入水玻璃（Na2SiO3溶液）中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是（）

A.Na2SiO3B.Na2CO3、Na2SiO3

C.Na2CO3、SiO2D.SiO2

4.科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如下所示。

容器①中进行的反应为Si（粗）+3HCl（g）===SiHCl3（l）+H2（g）;容器②中进行的反应为SiHCl3+H2===Si（纯）+3HCl。

下列说法中正确的是（）

A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用

B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3

C.反应①和②中HCl均作氧化剂

D.反应①和②属于可逆反应

5.在下列物质的转化关系中，A是一种固体单质，且常作半导体材料，E是一种白色沉淀，F是最轻的气体单质。

据此填写：

（1）B的化学式是_______，目前在现代通讯方面B已被用作_______的主要原料；

（2）B和a溶液反应的离子方程式是______________________________________；

（3）C和过量盐酸反应的离子方程式是___________________________________。

6.材料科学是近年来与化学有关的科学研究的热点，某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性，它是以中学化学中常见物质为原料来生产的。

如下所示为其生产过程，其中虚线框内的转化是为探究C的组成而设计的；G、F、H均难溶于水且为白色固体；图中除M、K（均含A元素）外均为中学化学中的常见物质。

请回答下列问题：

（1）写出化学式：

单质B______，化合物F______，化合物C________；

（2）写出下列反应的离子方程式：

反应③__________________________________;

反应⑤__________________________________；

（3）写出反应④的化学方程式：

_________________________________________。

检测题参考答案

1.【解析】由于赛伦具有耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能，故属于新型无机非金属材料。

【答案】C

2.【解析】解答本题时应注意以下两点：

（1）氢氧化铝可溶于强酸。

（2）MgO是一种碱性氧化物，不能与碱反应。

CO2溶于水而且和水反应，不符合条件，A错；Al2O3熔于熔融态的烧碱生成NaAlO2，加入少量盐酸生成白色的Al（OH）3沉淀，加入过量的盐酸则沉淀全部溶解生成AlCl3溶液，不符合条件，C错；MgO是一种碱性氧化物，不能和碱反应，不符合条件，D错；SiO2熔于熔融态的烧碱生成Na2SiO3，加入盐酸中生成白色沉淀H2SiO3，H2SiO3不溶于过量的盐酸，符合条件，选B。

【答案】B

3.【解析】将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：

2CO2+Na2SiO3+2H2O===H2SiO3↓+2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：

H2SiO3

H2O+SiO2；2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O；SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑，各反应物存在如下关系：

H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2，2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。

【误区警示】本题易错选C，错因主要是容易忽视在高温条件下充分灼烧时，Na2CO3和SiO2还能够继续反应生成Na2SiO3。

【答案】A

4.【解析】该工艺流程中HCl和H2两种气体可循环使用；分离Si与SiHCl3可用过滤方法；反应②中HCl是生成物，是氧化产物；反应①、②不在同一条件下进行，不是可逆反应。

【答案】A

5.【解析】该题的突破口为：

（1）A是固体单质，常作半导体材料。

（2）F是最轻的气体单质。

A是固体单质且为半导体材料，所以A为Si，则B为SiO2（常用作制光导纤维），根据框图中的关系知E中含有Si元素，且是加入过量盐酸生成的白色沉淀，所以E为H2SiO3，则a为NaOH，C为Na2SiO3，D为H2O，而F是最轻的气体单质，所以F为H2，SiO2与NaOH反应的离子方程式为：

SiO2+2OH-===

+H2O。

【答案】

（1）SiO2制光导纤维

（2）SiO2+2OH-===

+H2O

（3）

+2H+===H2SiO3↓

6.【解析】解答本题注意以下两点：

（1）由化合物A（NH2）4可推知A最外层有4个电子；

（2）化合物C溶于水生成的E可与AgNO3溶液反应生成G，且G不溶于稀硝酸，可推知化合物C中含Cl元素。

与硝酸银溶液反应生成难溶于稀硝酸的白色固体可确定其为AgCl，因此C中有Cl元素。

溶于碱性溶液，加入二氧化碳可以得到白色沉淀的物质为偏铝酸钠或硅酸钠，另根据组成K的元素为两种非金属元素，可确定含有硅元素。

由M的化学式和反应条件可知K由Si和N两种元素组成。

由化合物M的结构可推测A有4个未成对电子，因此单质A为Si，B为Cl2，反应后得到的化合物C为SiCl4，与水反应后生成盐酸E和硅酸F。

盐酸中的Cl-与Ag+反应得到AgCl白色沉淀，难溶于稀硝酸，而硅酸加热脱水后得到SiO2，SiO2与NaOH溶液反应后得到硅酸钠，为弱酸强碱盐，与碳酸（酸性较硅酸强）反应得到硅酸。

【答案】

（1）Cl2H2SiO3（或H4SiO4）SiCl4

（2）Cl-+Ag+===AgCl↓SiO2+2OH-===

+H2O

（3）3Si（NH2）4

Si3N4+8NH3↑

2021届新高考化学模拟试卷

一、单选题（本题包括15个小题，每小题4分，共60分．每小题只有一个选项符合题意）

1．如图，这种具有不同能量的分子百分数和能量的对应关系图，叫做一定温度下分子能量分布曲线图。

图中E表示分子平均能量，Ec是活化分子具有的最低能量。

下列说法不正确的是（）

A．图中Ec与E之差表示活化能

B．升高温度，图中阴影部分面积会增大

C．使用合适的催化剂，E不变，Ec变小

D．能量大于Ec的分子间发生的碰撞一定是有效碰撞

【答案】D

【解析】

【详解】

A.E表示分子的平均能量，Ec是活化分子具有的最低能量，能量等于或高于Ec的分子可能产生有效碰撞，活化分子具有的最低能量Ec与分子的平均能量E之差叫活化能，A正确；

B.当温度升高时，气体分子的运动速度增大，不仅使气体分子在单位时间内碰撞的次数增加，更重要的是由于气体分子能量增加，使活化分子百分数增大，阴影部分面积会增大，B正确；

C.催化剂使活化能降低，加快反应速率，使用合适的催化剂，E不变，Ec变小，C正确；

D.E表示分子的平均能量，Ec是活化分子具有的最低能量，能量等于或高于Ec的分子可能产生有效碰撞，D错误；故答案为：

D。

2．pH=0的某X溶液中，除H+外，还可能存在Al3+、Fe2+、NH4+、Ba2+、Cl-、CO32-、SO42-、NO3-中的若干种，现取适量X溶液进行如下一系列实验：

下列有关判断不正确的是（）

A．生成气体A的离子方程式为：

3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O

B．生成沉淀H 的离子方程式为：

AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-

C．溶液X中一定没有的离子仅为：

CO32-、Ba2+

D．溶液X中一定含有的离子是：

 H+、Fe2+、SO42-、NH4+、 Al3+

【答案】C

【解析】

【分析】

强酸性溶液X，则溶液中不存在弱酸根离子CO32-，溶液和硝酸钡溶液反应生成沉淀C，则溶液中存在SO42-，不存在和硫酸根离子反应的Ba2+，C是BaSO4；酸性条件下硝酸根离子具有强氧化性，所以溶液中Fe2+和NO3-不能共存，加入硝酸钡产生气体，则溶液中存在Fe2+，不存在NO3-，A是NO；溶液B中加入过量氢氧化钠溶液时，产生气体D，则溶液中含有NH4+，D是NH3，产生沉淀F是Fe（OH）3，溶液E通入过量二氧化碳时产生沉淀H和溶液G，则溶液X中存在Al3+，沉淀H是Al（OH）3，溶液G是NaHCO3，；综上所述，原溶液X中含有的离子为：

H+、Fe2+、SO42-、NH4+、Al3+。

【详解】

A．溶液X中应含有Fe2+，酸性条件下与硝酸根离子反应生成气体NO，反应的离子方程式为：

3Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O，选项A正确；

B．生成沉淀H的离子方程式为：

AlO2--+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-，选项B正确；

C．溶液X中一定没有的离子为：

CO32-、Ba2+、NO3-，选项C错误；

D．溶液X中一定含有的离子是：

H+、Fe2+、SO42-、NH4+、Al3+，选项D正确；

故答案选C。

3．实验室可用浓盐酸与浓硫酸混合快速制取HCl．下列解释合理的是（　　）

A．浓硫酸是高沸点的酸，通过它与浓盐酸反应制取低沸点的酸

B．通过改变温度和浓度等条件，利用平衡移动原理制取HCl

C．两种强酸混合，溶解度会相互影响，低溶解度的物质析出

D．浓硫酸的浓度远大于浓盐酸的浓度，高浓度的酸制取低浓度的酸

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

A.浓硫酸确实沸点更高，但是浓硫酸并不与浓盐酸发生反应，A项错误；

B.

的平衡常数极小，正常情况下几乎不会发生。

加入浓硫酸一方面可以极大地提高

浓度，另一方面浓硫酸稀释时产生大量热，利于产物

的挥发，因此反应得以进行，B项正确；

C.常温常压下，1体积水能溶解约500体积的氯化氢，因此产生氯化氢的原因并不是因为溶解度，C项错误；

D.高浓度的酸并不一定能制低浓度的酸，例如冰醋酸就无法通过这样的方式来制取盐酸，D项错误；

答案选B。

4．25℃时，0.1mol/L的NH4HCO3溶液pH=7.7。

向0.1mol/L的NH4HCO3溶液中逐滴加入0.1mol/LNaOH溶液时，含氮、含碳粒子的分布情况如图所示（纵坐标是各粒子的分布系数，即物质的量分数）。

根据图象判断，下列说法正确的是

A．NH4HCO3溶液中，水解程度：

NH4+＞HCO3-

B．开始阶段，HCO3-略有增加的主要原因是发生反应：

2NH4HCO3+2NaOH＝（NH4）2CO3+Na2CO3+2H2O

C．由图中数据可知：

CO32-的水解常数约为5.3×10-11

D．由图中数据可知：

NH3•H2O的电离常数约为1.5×10-5

【答案】D

【解析】

【详解】

A．25℃时0.1mol/L的NH4HCO3溶液pH=7.7，呈碱性，则NH4HCO3溶液中的水解程度：

＜

，故A错误；

B．开始阶段，加入的NaOH后氢氧根离子浓度增大，抑制了

的水解，导致

略有增加，故B错误；

C．根据图示看，pH=9.0时，

、

的物质的量分数分别为0.95、0.05，设

，则

，

的水解主要以第一步为主，其水解的离子方程式为：

，则

，故C错误；

D．pH=9.0时，

、NH3•H2O的物质的量分数分别为0.6、0.4，设

=x，则

，

的电离常数

，故D正确；

故选：

D。

【点睛】

明确图示曲线变化的意义为解答关键，注意掌握盐的水解原理及其影响，C、D为易错点，试题侧重考查学生的分析、理解能力及综合应用能力。

5．银精矿（其化学成分有：

Ag、Zn、Cu、Pb、S及SiO2等）从其中提取银及铜和铅的工艺流程如图：

回答下列问题：

（1）“浸取”时，当盐酸的浓度和KClO3的量一定时，为提高浸取率可采取的措施是______（请用简练语言列举一项）。

（2）“分离Ⅰ”所加试剂X为______，“分离Ⅱ”所得滤渣中除含单质硫外，还含有的成分有______。

（3）“浸银”反应的化学方程式为______

（4）N2H4的电子式为______，“还原”反应的离子方程式为______。

（5）“粗银”（含Ag、Cu、Zn、Au）可用立式电解槽电解精炼，纯银作阴极，电解液采用硝酸和硝酸银的混合溶液。

硝酸浓度不能过大，其原因是______（写出一条即可）。

（6）此类工厂排出的废水中含有NO3-，对人体有害。

科技人员在碱性条件下用Al粉将NO3-还原为N2。

缺点是处理后的水中引入了AlO2-，仍然对人体健康有害。

已知：

25℃时，Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33Al（OH）3⇌H++AlO2-+H2OK=1.0×10-13

①25℃时，欲将上述处理过水中的AlO2-浓度降到1.0×10-6mol/L，此时水中c（Al3+）=______mol/L。

②25℃时，Al（OH）3溶于NaOH溶液反应的平衡常数K=______。

【答案】充分搅拌、粉碎银精矿、适当增大液固比、适当提高浸取温度、适当延长浸取时间ZnSiO2AgCl+2Na2SO3=Na3[Ag（SO3）2]+NaCl

4[Ag（SO3）2]3-+N2H4+4OH-=4Ag↓+8SO32-+N2↑+4H2O防止生成的银被硝酸溶解；防止NO3-优先于Ag+在阴极放电1.3×10-1210

【解析】

【分析】

银精矿（其化学成分有：

Ag、Zn、Cu、Pb、S及SiO2等）加盐酸和氯酸钾浸取，过滤，溶液中含有Zn2+、Cu2+、Pb2+，滤渣中含有S、SiO2、AgCl等；浸出液中加金属还原剂Zn，把Cu2+、Pb2+还原为单质，则试剂X为Zn，分离得到Cu和Pb、ZnCl2溶液；浸出渣含有S、SiO2、AgCl，加Na2SO3溶液，AgCl与Na2SO3反应生成Na3[Ag（SO3）2]和NaCl，过滤，滤渣为S和SiO2，滤液为Na3[Ag（SO3）2]和NaCl，在滤液中加N2H4，生成Ag和氮气；滤液中含有亚硫酸钠，氧化生成硫酸钠，以此解答该题。

【详解】

（1）浸取时当盐酸的浓度和KClO3的量一定时，要加快化学反应速率的方法有：

充分搅拌、粉碎银精矿、适当增大液固比、适当提高浸取温度、适当延长浸取时间，选择其中任意两种方法即可；

（2）分离得到氯化锌溶液可知加入的试剂X为Zn；根据分析可知“分离Ⅱ”所得滤渣中除含单质硫外，还含有SiO2；

（3）根据流程可知，浸银的反应物为AgCl和Na2SO3溶液，产物有Na3[Ag（SO3）2]，根据元素守恒可知反应方程式为：

AgCl+2Na2SO3=Na3[Ag（SO3）2]+NaCl；

（4）N2H4的电子式为

；根据流程可知还原时主要反应物有Na3[Ag（SO3）2]和N2H4，主要产物为氮气和Ag，可知反应过程银离子被还原，N2H4中氮元素被氧化，生成氮气，根据电子守恒和元素守恒可知离子方程式为：

4[Ag（SO3）2]3-+N2H4+4OH-=4Ag↓+8SO32-+N2↑+4H2O；

（5）浓硝酸具有强氧化性能氧化Ag，生成硝酸银溶液，所以硝酸浓度不能过大，防止生成的银被硝酸溶解；同时溶液中有大量硝酸根离子，还要防止NO3-优先于Ag+在阴极放电；

（6））①水中AlO2-浓度降到1.0×10-6mol•L-1，依据Al（OH）3⇌AlO2-+H++H2O，K=1.0×10-13，则c（H+）=

=10-7（mol/L），则c（OH-）=10-7mol/L，25℃时，Ksp[Al（OH）3]=c3（OH-）·c（Al3+）=1.3×10-33，则c（Al3+）=

=1.3×10-12mol•L-1；

②由①H2O⇌OH-+H+、②Al（OH）3⇌AlO2-+H++H2O可知，②-①得到OH-+Al（OH）3⇌AlO2-+H+，则Al（OH）3溶于NaOH溶液反应的平衡常数数值为K＝

=

=10。

6．下列实验中所用的试剂、仪器或用品（夹持装置、活塞省去）能够达到该目的的是（）

选项

目的

试剂

仪器或用品

A

验证牺牲阳极的阴极保护法

酸化NaCl溶液、Zn电极、Fe电极、铁氰化钾

烧杯、电流表、导线、胶头滴管

B

铝热反应

氧化铁、铝粉

滤纸、酒精灯、木条、