第06講-無機(jī)非金屬材料(學(xué)生版)

第06講無機(jī)非金屬材料第06講無機(jī)非金屬材料知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)預(yù)習(xí)知識(shí)預(yù)習(xí)一、硅酸鹽的概念、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1．概念：由硅元素、氧元素和金屬元素組成的化合物。2．結(jié)構(gòu)：在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。3．特點(diǎn)：硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。二、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥陶瓷玻璃水泥主要原料黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）純堿、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）黏土、石灰石主要成分Al2O3·2SiO2·2H2ONa2CO3、CaCO3、SiO2硅酸二鈣、鋁酸三鈣等反應(yīng)原理高溫?zé)Y(jié)而成高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿、制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等制混凝土，大量用于建筑和水利工程制取玻璃的反應(yīng)方程式為:____________________________________________________________________。三、硅單質(zhì)的物理性質(zhì)與用途1．物理性質(zhì)：硅單質(zhì)是帶有金屬光澤的灰黑色固體，其結(jié)構(gòu)與金剛石類似，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以晶體硅的硬度大、熔點(diǎn)高。2．用途：硅在元素周期表中處于金屬與非金屬的交界處，晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是一種良好的_________材料，因此晶體硅常用于制作集成電路板（硅芯片）和太陽能電池極板。四、硅的制備制備原理用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質(zhì)的粗硅，然后轉(zhuǎn)化為三氯硅烷，再經(jīng)氫氣還原。制備流程反應(yīng)方程式五、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅（1）硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最為廣泛的___________材料，可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備和家用電器等的芯片，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車等的硅太陽能電池。（2）二氧化硅可用來生產(chǎn)___________。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。2.新型陶瓷（1）新型陶瓷不限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，如碳化硅（SiC）、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等在光學(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。（2）碳化硅（SiC）俗稱金剛砂，其中的碳原子和硅原子通過共價(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能承受的溫度，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。3.碳鈉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，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。富勒烯碳納米管石墨烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其中的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，開啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代。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(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。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、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度。其在光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題型一：硅酸鹽材料（傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料）【變1-2】制玻璃和水泥的共同的原料是()A．二氧化硅 B．碳酸鈉 C．碳酸鈣 D．硅酸鈉【變1-4】《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無沙黏土而為之”“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”“澆水轉(zhuǎn)釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說法錯(cuò)誤的是()A．“燃薪舉火”使黏土發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)變化 B．沙子和黏土的主要成分為硅酸鹽C．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦 D．黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料題型二：硅、二氧化硅【變2】下列敘述錯(cuò)誤的是A．硅在自然界中主要以單質(zhì)形式存在 B．硅是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料C．高純度的硅可用于制造計(jì)算機(jī)芯片 D．二氧化硅可用于生產(chǎn)玻璃【變3】二氧化硅是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)。下列說法正確的是（）A．圖中所有反應(yīng)都不屬于氧化還原反應(yīng)B．硅酸鹽的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常用于制造光導(dǎo)纖維C．可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高【例4】氫氟酸是HF的水溶液，可與發(fā)生反應(yīng)生成和。請(qǐng)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式______。想一想為什么可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產(chǎn)磨砂玻璃_________。題型三：高純硅的制備【變5-1】習(xí)主席在2020年新年賀詞中強(qiáng)調(diào)“5G商用加速推出，凝結(jié)著新時(shí)代奮斗者的心血和汗水，彰顯了不同凡響的中國風(fēng)采、中國力量”，制造芯片用到高純硅，用SiHCl3與過量H2在1100～1200℃反應(yīng)制備高純硅的裝置如下圖所示（熱源及夾持裝置略去）。已知：SiHCl3遇水H2O強(qiáng)烈水解，在空氣中易自燃。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．裝置B中的試劑是濃硫酸B．實(shí)驗(yàn)時(shí)先打開裝置C中分液漏斗的旋塞C．裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化D．裝置D不能采用普通玻璃管的原因是在反應(yīng)溫度下，普通玻璃管會(huì)軟化題型四：新型無機(jī)非金屬材料【變6-1】石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它是一種透明、良好的導(dǎo)體；石墨烯是由碳原子構(gòu)成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)（如圖所示）的一種碳單質(zhì)新材料，它是構(gòu)建富勒烯、碳納米管的基本單元。利用石墨烯可制造晶體管、太陽能電池板等。下列有關(guān)石墨烯的說法不正確的是（）A．石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能B．石墨烯是一種新型的無機(jī)非金屬材料C．石墨烯與富勒烯的結(jié)構(gòu)相同D．石墨烯、富勒烯、碳納米管都是由碳元素組成的提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】我國已跨入“互聯(lián)網(wǎng)＋”時(shí)代，而“互聯(lián)網(wǎng)＋”的建設(shè)離不開無機(jī)非金屬材料硅。下列物品中用到硅單質(zhì)的是（）A．計(jì)算機(jī)芯片 B．陶瓷餐具 C．石英鐘表 D．光導(dǎo)纖維【練2】唐三彩、秦兵馬俑制品的主要材料在成分上屬于（）A．氧化鋁 B．二氧化硅 C．硅酸鹽 D．合金【練3】玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法正確的是（）A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制造水泥的主要原料為純堿、石灰石和石英C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高D．制造水泥的過程中只發(fā)生了物理變化【練4】碳納米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有廣闊的應(yīng)用前景。下列說法正確的是A．碳納米管屬于膠體B．石墨烯屬于有機(jī)化合物C．C60與金剛石互為同素異形體D．均具有相同的熔點(diǎn)【練5】下列物品或設(shè)施：①陶瓷餐具②磚瓦③混凝土橋墩④門窗玻璃⑤水晶鏡片⑥石英鐘⑦水晶項(xiàng)鏈⑧硅太陽能電池⑨光導(dǎo)纖維⑩計(jì)算機(jī)芯片（1）使用了硅單質(zhì)的是___________(填序號(hào)，下同)。（2）使用了二氧化硅的是___________。（3）使用了硅酸鹽材料的是___________。【練6】晶體硅是信息科學(xué)和能源科學(xué)中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等。如圖所示流程是工業(yè)上制取純硅的一種方法。請(qǐng)回答下列問題：(1)在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應(yīng)的有______(