53無機(jī)非金屬材料（講）-2022-2023學(xué)年高一化學(xué)講練人教版2019（原卷版）

第3節(jié)無機(jī)非金屬材料知識(shí)點(diǎn)1、硅酸鹽材料傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，在日程生活中隨處可見，如制作餐具的陶瓷、窗戶上的玻璃、建筑用的水泥等。1.硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了_________，Si在中心，O在________的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的_______相互連接。每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與________個(gè)Si相互結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)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(diǎn)。2.陶瓷陶瓷是以______（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。我國(guó)具有悠久的陶瓷制歷史，在新石器時(shí)代，我們的祖先已能燒制陶器，至唐宋時(shí)期，我國(guó)的陶瓷制品已經(jīng)享譽(yù)海內(nèi)外。目前，陶瓷人在人類的生活和生產(chǎn)中扮演著重要的角色，得到了廣泛的應(yīng)用，如用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等 瓷碗 景德鎮(zhèn)瓷器 陶瓷絕緣子3.玻璃普通玻璃的主要成分為_________________，他是以純堿、石灰石和石英砂（主要成分是_________）為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而制得的。玻璃可用于生產(chǎn)建筑材料，光學(xué)儀器和各種器皿，還可以制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等。 玻璃器皿 玻璃三棱鏡 玻璃幕墻4.水泥普通硅酸鹽水泥的生產(chǎn)是以______和_________為主要原料，二者與其他輔料經(jīng)混合、研磨后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，加入適量的石膏，調(diào)節(jié)水泥硬化速率，在磨成細(xì)粉質(zhì)就可就能得到普通水泥。水泥沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。長(zhǎng)江三峽大壩使用了大量水泥【歸納總結(jié)】硅酸鹽材料產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分用途陶瓷黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)——硅酸鹽建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃(普通)純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、高強(qiáng)度復(fù)合材料等水泥石灰石、黏土、適量石膏水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸鹽建筑和水利工程注意：由原料和玻璃的成分及反應(yīng)條件“熔融”，可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up9(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up9(高溫))CaSiO3＋CO2↑。【跟蹤訓(xùn)練】1．（2022秋·吉林白城·高一?？茧A段練習(xí)）“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國(guó)古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是A．玻璃的主要成分為Na2CO3、CaCO3和SiO2B．生產(chǎn)陶瓷、玻璃、水泥都用到黏土C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽2．（2022秋·吉林白城·高一?？茧A段練習(xí)）下列說法不正確的是A．陶瓷是以黏土為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成B．普通玻璃以火堿、石灰和石英砂為原料，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化制得C．普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料D．向水泥中加入適量的石膏可以調(diào)節(jié)水泥硬化速率3．昆侖玉的成分可簡(jiǎn)單看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，則其用二氧化硅和金屬氧化物的形式可表示為()A．CaO·MgO·SiO2·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O4．“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國(guó)古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽5．（2022秋·浙江寧波·高一?？计谥校┕枋菬o機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)保存NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃磨口塞，用離子方程式表示其原因___________，工藝師常用___________(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃。(2)綠柱石(綠寶石礦藏的主要化學(xué)成分為BenAl2Si6O18，可用氧化物形式表示為nBeO?Al2O3?6SiO2，其n值為___________。(3)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(yīng)制得，高溫熔融純堿時(shí)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．鐵坩堝知識(shí)點(diǎn)2、新型無機(jī)非金屬材料隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型的無機(jī)非金屬材料相繼問世。其中有一些是高純度的含硅元素材料，如單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代化信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料；還有一些含有碳，氮等其他元素，在航天，能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1．硅（1）硅位于第______周期，第_________族，最外層有4個(gè)電子，主要形成正四價(jià)的化合物。硅是一種親氧元素，只有化合態(tài)，沒有游離態(tài)。在地殼中含量占26.3％，僅次于______，是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分。（2）晶體硅結(jié)構(gòu)類似于金剛石，有晶體和無定形兩種_________?；液谏?，有金屬光澤，具有較高的硬度、熔點(diǎn)（1410℃），硬而脆的固體，是良好的半導(dǎo)體。注意：1mol晶體硅有______mol共價(jià)鍵。（3）化學(xué)性質(zhì)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)，但可以與氟氣、氫氟酸、堿反應(yīng)。在加熱或者點(diǎn)燃的條件下可以與氫氣、氧氣、氯氣等反應(yīng)。常溫與氟氣反應(yīng)Si+2F2＝SiF4（沸點(diǎn)65℃）與氫氟酸反應(yīng)Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑與強(qiáng)堿反應(yīng)Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑加熱與氧氣反應(yīng)Si＋O2SiO2（低于900℃時(shí)不反應(yīng)，高于950℃時(shí)可以反應(yīng)）與氯氣反應(yīng)Si+2Cl2SiCl4（300℃左右可以反應(yīng)生成SiCl4，沸點(diǎn)為57.6℃）高溫（4）高純度硅的生產(chǎn)流程高溫基本原理：SiO2＋2C====Si＋2CO↑反應(yīng)②的化學(xué)方程式：__________________________________;反應(yīng)③的化學(xué)方程式：__________________________________;高純度硅廣泛用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。利用其半導(dǎo)體性能可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備和家用電器等的芯片，以及光伏電源、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車的硅太陽能電池。 用于制作芯片的硅晶片 用在天宮號(hào)空間站的硅太陽能電池 光導(dǎo)纖維2.二氧化硅二氧化硅可用來生成光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維的通信容量大、抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘?hào)不易衰減，能有效提高通信效率。（1）存在：天然存在的分為晶體和無定形體兩類，統(tǒng)稱為“硅石”。硅藻土是無定形二氧化硅，石英是結(jié)晶形二氧化硅，其中無色透明的晶體就是常說的水晶，具有彩色環(huán)狀帶或?qū)訝畹姆Q為瑪瑙，沙子中含有小顆粒的石英晶體。（2）結(jié)構(gòu)：在晶體的結(jié)構(gòu)中，最小的結(jié)構(gòu)單元是由1個(gè)原子和4個(gè)原子相結(jié)合形成的硅氧四面體，原子位于四面體的體心，原子位于四面體的頂點(diǎn)。許多硅氧四面體通過共用頂點(diǎn)的原子形成牢固的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。晶體的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)原子是完全屬于自己所在的硅氧四面體，每個(gè)原子被兩個(gè)硅氧四面體所共用，只有二分之一屬于自己所在的硅氧四面體。因此，一個(gè)硅氧四面體實(shí)際上只包含1個(gè)原子和2個(gè)原子，在晶體中原子和原子的個(gè)數(shù)比為。在硅氧四面體中，原子與鍵的比值為，即晶體中約含有個(gè)共價(jià)鍵。（3）物理性質(zhì)：二氧化硅是原子晶體，其具有不溶于水，熔點(diǎn)高，硬度大等物理性質(zhì)，常應(yīng)用于制作耐高溫的石英坩堝。純凈的二氧化硅具有優(yōu)異的光學(xué)性能，常用于制作光導(dǎo)纖維。（4）化學(xué)性質(zhì)不與酸(氫氟酸除外)發(fā)生反應(yīng)，屬酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，能與堿性氧化物或強(qiáng)堿反應(yīng)，所以裝堿性溶液的試劑瓶需使用木塞或膠塞。①與氫氟酸反應(yīng)：②酸性氧化物的通性：③弱氧化性：（5）光導(dǎo)纖維：從高純度的SiO2或石英玻璃熔融體中，拉出直徑約100μm的細(xì)絲，稱為石英玻璃纖維，也稱為光導(dǎo)纖維。它將光信號(hào)在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行全反射傳播，取代了電信號(hào)在銅線中的傳播，達(dá)到兩地通信的目的?！咀⒁狻縜.用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2，用于制作半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片的是晶體硅。b.水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。3．新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)，磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能，進(jìn)一步拓展了陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。例如碳化硅（SiC），俗稱金剛砂，其中的碳原子與硅原子通過共價(jià)鍵連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。碳化硅還具有優(yōu)異的耐高溫，抗氧化性能，使用溫度可達(dá)1600℃，大大超過了普通金屬材料所所能承受的溫度，可用作耐高溫材料，耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。4．碳納米材料碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)非金屬材料主要包括富勒希、碳納米管、石墨烯等在能源、信息、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠狀分子的總稱，其中C60是富勒烯的代表物，C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對(duì)象，開啟碳納米材料研究的研究和應(yīng)用的新時(shí)代。用C60作這輪的“納米汽車”碳納米管可以看作是由石墨片層卷成管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的表面極大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的導(dǎo)電性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料電池和傳感器等。碳納米管石墨烯是只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低，導(dǎo)熱熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度，作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電元件、超級(jí)電容、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入石墨烯材料【跟蹤訓(xùn)練】1．（2022秋·廣西玉林·高一校聯(lián)考期中）信息技術(shù)離不開芯片，現(xiàn)代芯片離不開高純度的硅，工業(yè)上生產(chǎn)高純硅的工藝流程如下：則下列說法正確的是A．工業(yè)上用焦炭還原石英砂制硅的反應(yīng)為：SiO2+CSi+CO2↑B．高純硅可以用于制備光導(dǎo)纖維C．上述流程②③需在無氧條件下進(jìn)行D．上述流程中能循環(huán)利用的物質(zhì)只有H22．（2022秋·甘肅張掖·高一甘肅省民樂縣第一中學(xué)校考期中）關(guān)于硅及其化合物的敘述中，正確的是A．硅是良好的半導(dǎo)體材料，也可用于制造制造光纜B．SiO2是酸性氧化物，不溶于水，也不溶于任何酸C．可以用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)粗硅SiO2+CSi+CO2↑D．生產(chǎn)水泥和玻璃用到的原料均有石灰石3.（2022秋·高一單元測(cè)試）下列材料的特性及用途的說法中不正確的是A．光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，是非常好的通訊材料B．氧化鋁陶瓷具有兩性，不可以用于制耐高溫設(shè)備C．氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來制造軸承D．人造剛玉硬度高，可用來制造剛玉球磨機(jī)4．（2022秋·黑龍江雙鴨山·高一統(tǒng)考期中）有科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法正確的是A．光導(dǎo)纖維的主要成分是硅B．硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)D．當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、硫酸等物質(zhì)反應(yīng)5．（2021秋·甘肅嘉峪關(guān)·高一嘉峪關(guān)市第一中學(xué)?？计谥校┮阎猄i+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。有一根粗鋁含鐵和硅兩種雜質(zhì)，取兩份等質(zhì)量的樣品分別投入足量的稀鹽酸和稀NaOH溶液中，放出等質(zhì)量的H2，則該粗鋁中鐵和硅的關(guān)系是①物質(zhì)的量之比為1∶2②物質(zhì)的量之比是3∶1③質(zhì)量之比是2∶1④質(zhì)量之比是4∶1A．②④ B．②③ C．①④ D．只有④6．（2022春·廣東廣州·高一廣州市第二中學(xué)?？计谥校┕?Si)單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請(qǐng)回答下列問題：資料：i.石英砂、沙子的主要成分都是。ii.碳高溫的氧化產(chǎn)物是。(1)硅單質(zhì)可作為硅半導(dǎo)體材料。三氯甲硅烷()還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：①寫出制粗硅的化學(xué)方程式：_____