無機非金屬材料

第三節(jié)無機非金屬材料［核心素養(yǎng)發(fā)展目標］1.了解硅酸鹽及其結構特點，了解傳統(tǒng)硅酸鹽產品(陶瓷、玻璃、水泥)的工業(yè)生產(原料、設備等)。2.了解硅和二氧化硅的性質，認識碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機非金屬材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的應用，增強關注社會的意識和責任感。一、硅酸鹽材料1．無機非金屬材料從組成上看，許多無機非金屬材料多含硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。.硅酸鹽及其結構(1)硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體結構，Si在中心，O在四面體的4個頂角，每個Si結合4個O,每個O結合2_個Si。(2)硅酸鹽的特性硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。.常見的硅酸鹽材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土純堿(Na2c03)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土，輔助原料：適量的石膏設備陶瓷窯玻璃窯水泥回轉窯主要成分含水的鋁硅酸鹽硅酸鈉(Na2siO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三鈣(3CaO?SiO2)、硅酸二鈣(2CaOSO2)、鋁酸三鈣(3CaO-Al2O3)用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學儀器、各種器皿、制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程r判斷正誤jTOC\o"1-5"\h\z(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的混合物( )(2)硅酸鹽結構較為復雜，大多不溶于水，化學性質很穩(wěn)定( )(3)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價鍵結合( )(4)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土( )(5)陶瓷、玻璃、水泥的生產都需要在高溫下進行( )(6)玻璃和水泥生產中都發(fā)生復雜的物理和化學變化( )答案(1)X(2)J(3)J(4)J(5)J(6)Jr深度思考j1.(2020?青島二中高一檢測)世博會中國館——“東方之冠”由鋼筋混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。(1)生產硅酸鹽產品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是 。制備普通玻璃的主要反應方程式為 。⑵硅酸鹽通?？梢杂枚趸韬徒饘傺趸锏慕M合形式表示其組成，例如：硅酸鈉(Na2SiO3)：Na20so2，長石(KAlSi3O8)：，鈉長石(NaAlSiQ/。(3)作場館建筑材料黏合劑和防火劑的硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽，硅酸鈉易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，具有黏結力強，耐高溫等特性。①硅酸鈉在空氣中易與二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式：。②硅酸鈉和鹽酸反應的離子方程式為： 。(4)博物館陳列著大量明清磚瓦和精美瓷器(婺州窯)，婺州窯瓷器胎體的原料為高嶺土[AlnSi2O5(OH)4]。下列說法正確的是 (填字母)。A.古代的陶瓷、磚瓦都是硅酸鹽產品B.高嶺土為含水的鋁硅酸鹽C.n=3D.我國在新石器時代已能燒制陶器答案(1)石灰石CaCO3+SiO2=^==CaSiO3+CO2T、Na2CO3+SiO2=高溫=Na2SiO3+CO2f(2)K2O-Al2O3-6SiO2Na20^Al2O3^6SiO2(3)①SiO2-+CO2+H2O===H2SiO3；+C03-②SiO3-+2H+==H2SiO3；(4)ABD解析(4)根據(jù)化合物中正負化合價代數(shù)和為0的原則:nX(+3)+2X(+4)+5X(-2)+4X(-1)=0,解得n=2,所以C錯誤。

-歸納總結硅酸鹽氧化物形式的改寫 ,1氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物一較活潑金書寫形式＜ 1］屬氧化物一二氧化硅一水，氧化物之間以“?”隔開化學計量數(shù)配置原則：各元素原子總個數(shù)比值符合原來的組成，若出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)化學計量數(shù)配置原則：各元素原子總個數(shù)比值符合原來的組成，若出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)二、新型無機非金屬材料1．硅和二氧化硅(1)硅的存在與結構存在原子結構示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第二位氧化物和硅酸鹽第三周期WA族(2)高純硅的制備石英砂一焦――>1800?2000℃L①粗硅――u_SiHCL————>300℃ 3 1100℃② ③高純硅其中涉及的主要化學反應為①SiO2+2C1800?2000℃Si+2COfSi+3HCl=30=℃=SiHCl3+H2SiHCl3+H2==0℃：Si+3HCl(3)硅和二氧化硅的用途①高純硅廣泛用于信息技術和新能源技術等領域。②SiO2用于生產光導纖維。2．新型陶瓷新型材料成分性能主要應用金剛砂碳化硅(SiC)硬度大、耐高溫、抗氧化磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料高溫結構陶瓷碳化硅、氮化硅、金屬氧化物耐高溫、抗氧化、耐腐蝕用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材

料等壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽等能實現(xiàn)機械能和電能的相互轉化用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火契堂器等透明陶瓷氧化鋁、氧化釔等透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷具有優(yōu)異的光學性能、耐高溫、絕緣性好用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導陶瓷臨界溫度下具有超導性用于電力、交通、醫(yī)療等領域3.碳納米材料概念性能用途富勒烯由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，如C60制碳納米材料碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能生產復合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導率高，具有很高的強度在光電器件、超級電容器、電池、復合材料等方面的應用研究在不斷深入r判斷正謾jTOC\o"1-5"\h\z(1)硅是良好的半導體材料，可以用來生產芯片和硅太陽能電池等( )(2)生產光導纖維的原料是二氧化硅( )(3)金剛砂和金剛石結構類似，互為同素異形體( )(4)富勒烯和石墨烯完全燃燒的產物都是二氧化碳( )答案(1)J(2)J(3)X(4)Jr深度思考j.硅是一種灰黑色固體，熔、沸點高，硬度大，是一種優(yōu)良的半導體材料，常溫下，化學性質不活潑，但可以和f2、氫氟酸和強堿溶液發(fā)生反應，在加熱條件下可以和很多非金屬單質反應，寫出下列反應的化學方程式。(1)Si和F2生成SiF4：Si+2F2===SiF4。

(2)Si和氫氟酸生成SiF4和H2：Si+4HF===SiF4T+2H2T。(3)Si和NaOH溶液反應生成Na2SiO3和H2：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2T。(4)Si和O2反應：Si+O2-===SiO2。(5)Si和Cl2反應：Si+2cl2====SiCl4。.(1)在實驗室盛放堿溶液時，試劑瓶不能用玻璃塞而用橡膠塞的原因是SiO2是酸性氧化物，能與強堿溶液反應，SiO2與NaOH溶液反應的化學方程式為SiO2+2NaOH===Na2siO3+H2O。⑵生產磨砂玻璃時可以用氫氟酸溶蝕玻璃，是因為氫氟酸溶液可與SiO2反應，其化學方程式為：SiO2+4HF===SiF4T+2H2Oo⑶有同學由此得出來SiO2是兩性氧化物，你認為這個觀點對嗎？提示不對，SiO2只與氫氟酸反應，不與其他的酸(如鹽酸、硝酸等)反應。-歸納總結- 硅及二氧化硅的化學性質⑴硅的化學性質①常溫下能與氟氣、氫氟酸、強堿等反應。Si+2F2===SiF4Si+4HF===SiF4T+2H2TSi+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2T②加熱時能與氧氣、氯氣、碳等反應。Si+O2=====SiO2Si+2Cl2=====SiCl4Si+C=?=SiC⑵二氧化硅的化學性質—不與水工一般的被反應CaSiO:l=Na4iO#HaOCaSiO:l=Na4iO#HaOSiO2酸性氧化物|與N2H反輯SiO3+2NaOH_

號『SidMHF-SmSiO2隨堂演練知識落實1.下列關于硅酸鹽材料的說法錯誤的是()A.生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅C.陶瓷的主要原料是黏土D.硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料答案B解析普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2o2．下列關于水玻璃的性質和用途的敘述中不正確的是（ ）A.這是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕B.在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料C.木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒D.水玻璃的化學性質穩(wěn)定，在空氣中不易變質答案D解析水玻璃為硅酸鈉溶液，其化學性質穩(wěn)定，但可與空氣中的二氧化碳反應生成硅酸沉淀。3.（2019?全國卷I,7）陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是（ ）A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經高溫燒結而成C.陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D.陶瓷化學性質穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點答案A解析“雨過天睛云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關，而氧化鐵顯紅色，A項錯誤;陶瓷以黏土為原料，經高溫燒制而成，屬于人造材料，主要成分是硅酸鹽，C項正確；陶瓷的主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽中硅元素處于最高價態(tài)，化學性質穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點，D項正確。4.硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質量的90%以上。（1）下列物質不屬于硅酸鹽的是 （填字母）。A.陶瓷 B.玻璃C.水泥 D.生石灰⑵SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為,工藝師常用 （填物質名稱）來雕刻玻璃。⑶用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是 （填字母）。A.普通玻璃坩堝 B.石英玻璃坩堝C.氧化鋁坩堝 D.鐵坩堝(4)工業(yè)上常利用反應2C+SiO2=￡si+2COT制備硅單質，該反應中所含元素化合價升高的物質是 (填化學式，下同)，氧化劑是 。答案(1)D(2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O氫氟酸(3)防火劑D(4)CSiO2解析⑴生石灰是CaO,為堿性氧化物且不含Si，不屬于硅酸鹽。(2)SiO2與NaOH溶液反應的化學方程