第22讲 硅酸盐工业 新型无机非金属材料

硅酸盐工业新型无机非金属材料复习重点水泥工业和玻璃工业的基本原理；新型无机非金属材料的特性及主要用途难点聚焦一、硅酸（H2SiO3）酸性很弱（弱于碳酸）溶解度很小，由于SiO2不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他 酸性比硅酸强的酸反应制得。Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl硅胶多孔疏松，可作干燥剂，催化剂的载体。二、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，分布广，结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水。（Na2SiO3、K2SiO3除夕卜）最典型的代表是硅酸钠Na2SiO3 :可溶，其水溶液 称作水玻璃和泡花碱，可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、 水泥。例题精讲例1熔融氢氧化钠反应选用的器皿是:答案：DA.陶瓷坩埚B-石英坩埚C.普通玻璃坩埚D.生铁坩埚分析：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 莒渲在高温下可以跟NaOH发生如下反应：SiO2+2NaOH =Na2SiO3所以A、B、C的器皿都 不能选用，只能选生铁坩埚。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：ACA .硅酸钠溶液B.氢氟酸 C.氢氧化钠溶液D .氯化钠溶液分析：玻璃的主要成分之一二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻 璃、陶瓷容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分 缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的 硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用 玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞（原因同氢氧化钠溶液）。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成 分反应。例3普通玻璃的主要成分为Na2SiO3CaSiO34SiO2（1）试计算普通玻璃中相当含有Na2O, CaO和SiO2的质量分数各是多少？（2）制造50kg普通玻璃，需要纯碱、碳酸钙和二氧化硅各多少千克？分析：Na2SiO3CaSiO34SiO2可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成为： Na2O NaHCO3、NH4HCO3 的物质的量之比为 1 ： 2 ： 1。新型无机非金属材料例10新型无机非金属材料跟传统硅酸盐材料相比，有什么特性？分析：（1）能承受高温，强度高。如氮化硅陶瓷在1200C时仍具有高强度。（2）具有电学特性。有的可作绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体。（3）具有光学特性。有的能发出各色光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线 穿过。（4）具有生物功能。有些对人体组织有较好的适应性，且硬度高、无毒、不溶于水，可直 接植于人体内。例11请比较红宝石和蓝宝石成分的异同。人造红宝石和人造蓝宝石各有何用途？解答两者的主要成分都是Al2G3 （刚玉）。刚玉中混有少量格时，呈现红色，就形成红宝石； 刚玉中混有少量钛时，呈现蓝色，就形成蓝宝石。人造红宝石硬度高，可制钟表的轴承，它能放大某一波长的光而产生激光，可作固体激 光器。人造蓝宝石因能使紫外线和可见光通过，可用于制造光学仪器。例12下列说法正确的是A. 二氧化硅溶于水显酸性 B.光导纤维传导光的能力非常强，利用光缆通讯，能同时 传送大量信息C. 因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出CO2,所以硅酸的酸性比碳酸强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，不溶于强酸，但溶于氢氟酸。因为它能与碱反应生成盐和水，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高温下反应生成CO2，它可说明不挥发的SiO2可把气体CO2制出，但不能说明 碳酸和硅酸的相对强弱。 答案：B实战演练、选择题(每小题6分，共48分)口1. 以下说法正确的是口A. 纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料口B. 绿色食品是指不含任何化学物质的食品口C. 生物固氮是指植物通过叶面吸收空气中的氮气口D. 光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的口2. 实验室存放下列各试剂的瓶塞必须用橡皮塞的是口A.澄清石灰水B.硅酸钠溶液口C.新制氯水D.氯化钙溶液3.2MgO.SiO2中的酸根离子是口A.SiO； -B.Si2O4-C.SiO： -D.SiO；-4. 将过量的CO2通入下列溶液中，最终出现浑浊的是A.CaCl2溶液B.石灰水口 C.饱和Na2CO3溶液D.水玻璃5. 下列各组物质的比较中，正确的是口A.熔点：晶体硅碳化硅金刚石B.金属活动性：错锡口C.稳定性：CH4S i H4口D.酸性：H2S i O3H2CO36. 欲除去SiO2中混有的少量CaCO3和Fe2O3，最好应加入的试剂是口A.硫酸B.烧碱口C.氢氟酸D.盐酸7. 现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是口SiO Na S i O CuSO CuCl SiO H S i O 22342223CuO Cu(OH) Ca (PO ) o Ca (H PO ) o 342242A.和B.和口C.和D.和8. 下列叙述中，不正确的是口 A. 光导纤维广泛应用于现代通讯，制造光导纤维的主要原料是SiO2口B. 二氧化碳不宜用于扑灭金属钠燃烧引起的火灾口C. 一定条件下，可将石墨转化为金刚石，这一变化是物理变化口D. 氢气作为新型燃料，其突出的优点是氢气轻，便于携带二、非选择题(共52分)口9. (12分)将5 g含有SiO2的石灰石与267 mL 0.5 mol-L-1的盐酸反应，所得CO2在标准状 况下的体积为1064 mL。(1) 中和剩余的盐酸，需1 mol-L-1 NaOH溶液 mL。(2) 煅烧1吨这种不纯的碳酸钙，最后残留物质量为吨。10. (10分)氮化硅是一种耐高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300C反应获得。口(1)氮化硅晶体属于 晶体。（2）已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学。（3）现用四氯化硅和氮气在氢气保护下，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：。11. （10分）普通玻璃的成分Na2CaSi6O14,以氧化物形式可表示为，钾云母的化学式是KHAlSiO4，以氧化物形式可表示为。2 46 6 2412. （10分）由Fe、Si、Al组成的混合物9.7 g，与足量的稀硫酸反应，在标准状况下可生成5.6 L氢气。若将等质量的该混合物与足量氢氧化钠溶液反应，在标准状况下也可产生同样多 的氢气。问在上述9.7 g混合物中含Fe、Si、Al各多少克？13. （10分）由SiO2和CaCO3组成的混合物26.0 g，经灼烧至质量恒定时，其质量减少8.8 g,试解答：口（1）写出可能发生反应的化学方程式；口（2）求产生的气体在标准状况下的体积；口（3）求原混合物中SiO2的质量。附参考答案一、1.D 2.AB 3.C4.解析：同温下NaHCO3比Na2CO3的溶解度要小。口答案：CD 口5.C 6.D口7. 解析：SiO+2NaOH=NaSiO+H O CuSO+BaCl =BaSO ；+CuCl223 2424*2Ca （PO +4H PO =3Cu（HPO 。答案：B 口3、 4勺3 4v 2 4勺8. CD口二、9.（1）38.5 （2）0.582口10. （1）原子（2）Si N （3）3SiCl+6H+2N _ Si N+12HCl34、，4223 411. NaO-CaO-6SiO K O-3A1 O-6SiO-2H O 2222 32212. Fe:5.6 g Si:1.4 g Al:2.7 g高温13. （1）SiO2+CaCO3 = CaSiO3+CO2f，CaCO3 =：= CaO+CO2?（2）4.48 L （3）6 g