無(wú)機(jī)非金屬材料（基礎(chǔ)過(guò)關(guān)）（原卷版）

學(xué)而優(yōu)·教有方PAGEPAGE6無(wú)機(jī)非金屬材料【基礎(chǔ)知識(shí)過(guò)關(guān)】一、硅酸鹽產(chǎn)品1、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖5-18所示每個(gè)Si結(jié)合個(gè)O，Si在，O在四面體的;許多這樣的四面體還可以通過(guò)頂角的相互連接，每個(gè)O為個(gè)四面體所共有，與個(gè)Si相結(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、熔點(diǎn)、溶于水、化學(xué)性質(zhì)、耐腐蝕等特點(diǎn)。2、傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品的比較陶瓷玻璃水泥原料黏土純堿、、石英主要原料:、黏土；輔助原料:適量的石膏等生產(chǎn)設(shè)備陶窯玻璃熔爐水泥回轉(zhuǎn)主要生產(chǎn)過(guò)程原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化原料經(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。Na2CO3＋SiO2；CaCO3＋SiO2原料與其他輔料經(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，加入適量石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率，再磨成細(xì)粉即得。主要成分成分復(fù)雜硅酸鈉(Na2SiO3)、()、二氧化硅(SiO2)硅酸三鈣(3Ca?SiO2)、硅酸二鈣(2CaO?SO2)、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)性能熔點(diǎn)、硬度、耐腐蝕、性質(zhì)透性好、硬度、無(wú)固定過(guò)水逐漸變(水性)、化后性質(zhì)穩(wěn)定主要用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、各種器皿、光學(xué)儀器等大量用于建筑、水利、道路等工程中二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料1、硅單質(zhì)1）硅元素的位置、原子的結(jié)構(gòu)及主要化合價(jià)（1）硅元素的位置：第三周期、第ⅣA族（2）畫出硅原子結(jié)構(gòu)示意圖：。（3）硅元素的主要化合價(jià)由于硅原子最外層有4個(gè)電子，既難得到4個(gè)電子，也難失去4個(gè)電子，故硅常以共價(jià)鍵的形式與其它原子結(jié)舍，常見化合價(jià)為，以下是常見的硫化物。標(biāo)出下列含硅化合物中硅元素的化合價(jià)Mg2Si、SiO2、Si、Na2SiO32）存在硅單質(zhì)主要有晶體和無(wú)定形兩大類。3）物理性質(zhì)：帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點(diǎn)，硬度，有脆性。4）化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)，但可以與氟、氫氟酸、堿反應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為：與氟氣反應(yīng)：；與氫氟酸反應(yīng)：；與強(qiáng)堿反應(yīng)：。(2)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)，寫出與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為。5）主要應(yīng)用：半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)、太陽(yáng)能電池6）高純硅的制備寫出涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為2、二氧化硅1）存在自然界中，碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有態(tài)，主要以氧化物和的形式存在。天然SiO2有和無(wú)定形兩種。硅石、水晶、石英、瑪\t"/item/%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%85/_blank"瑙、砂子、脈石、硅藻土的主要成分都是。2）物理性質(zhì)熔點(diǎn)，硬度，溶于水。3）結(jié)構(gòu)SiO2晶體有多種晶型，其基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧體(如下圖甲所示)，硅氧四面體通過(guò)氧原子相互連接為空間的結(jié)構(gòu)(如下圖乙所示)。每個(gè)硅原子與個(gè)氧原子相連，而每個(gè)氧原子與個(gè)硅原子相連，故SiO2晶體中Si和O的比例為。4）化學(xué)性質(zhì)SiO2為氧化物，是硅酸的酸酐。(1)SiO2可以與堿反應(yīng)，生成硅酸鹽，寫出SiO2與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)在高溫條件下可以與碳酸鹽反應(yīng)，寫出SiO2與碳酸鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應(yīng)，寫出SiO2與氧化鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(4)常溫下與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為。5）主要應(yīng)用：纖維3、硅酸、硅酸鹽1）硅酸(1)物理性質(zhì)硅酸的溶解度小，新制備的硅酸為透明、膠凍狀，干燥硅膠多孔，吸水性和吸附性強(qiáng)。(2)化學(xué)性質(zhì)①弱酸性：酸性比碳酸弱，與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3＋2NaOH=Na2SiO3＋2H2O。②不穩(wěn)定性：受熱易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O。(3)制備：通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，如Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(膠體)。(4)用途：硅膠可用作干燥劑、催化劑的載體等。2）硅酸鹽(1)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)硅氧四面體硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等(2)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱水玻璃，是無(wú)色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。4、新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型材料成分性能主要應(yīng)用晶體硅硅原子，硅原子以共價(jià)鍵連接，結(jié)構(gòu)類似金剛石導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片、太陽(yáng)電池等二氧化硅硅原子、氧原子，其基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體(如下圖甲所示)，硅氧四面體通過(guò)氧原子相互連接為空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定、透光性好光導(dǎo)纖維、玻璃儀器、裝飾品等新型陶瓷碳化硅、氮化硅、金屬氧化物等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷；氧化鋁、氧化釔等透明陶瓷；YBa2Cu3O7-δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3O10等超導(dǎo)陶瓷分別具有光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的特性分別用于激光、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、壓電陶瓷(點(diǎn)火器)、磁浮技術(shù)、人工關(guān)節(jié)等石墨烯一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導(dǎo)率高、具有很高的強(qiáng)度應(yīng)用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面碳納米管石墨片層卷成的直徑納米級(jí)的管狀物比表面積大，具有高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等【基礎(chǔ)小練】1．硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是A．水晶鏡片 B．瑪瑙手鐲 C．硅太陽(yáng)能電池 D．石英光導(dǎo)纖維2．高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：下列說(shuō)法正確的是()A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅B．步驟電弧爐中的化學(xué)方程式為SiO2＋CSi＋CO2↑C．二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，而硅不能與氫氟酸反應(yīng)D．SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)67.6℃)，通過(guò)蒸餾(或分餾)可提純SiHCl33．我國(guó)科學(xué)家成功研制了超分子納米管，下列敘述不正確的是（）A．該超分子性質(zhì)穩(wěn)定，不與任何酸發(fā)生反應(yīng)B．是酸性氧化物C．在工業(yè)上可用于制造光導(dǎo)纖維D．與堿的反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)4．下列說(shuō)法不正確的是（）A．光導(dǎo)纖維作通信材料有許多優(yōu)點(diǎn)，但怕腐蝕，鋪設(shè)也很不方便B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料具有光學(xué)特性、電學(xué)特性等C．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷相比金屬材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，如耐高溫、抗氧化等D．光導(dǎo)纖維除用于通信外，還可以用于醫(yī)療、信息處理等許多方面5．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6．有科學(xué)家認(rèn)為硅是“21世紀(jì)的能源”、“未來(lái)的石油”，下列有關(guān)硅可能成為新型能源的敘述中不正確的是A．自然界中存在大量硅單質(zhì)B．自然界中的硅易開采，且可再生C．硅燃料便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是優(yōu)質(zhì)燃料D．硅燃料燃燒放出的熱量多，其燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染容易有效地控制7．碳納米管是由碳原子組成的六角形蜂巢狀平面薄膜卷曲而成，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。下列關(guān)于碳納米管的說(shuō)法不正確的是A．碳納米管屬于一種有機(jī)合成纖維B．碳納米管與金剛石互為同素異形體C．常溫下，碳納米管具有較好的穩(wěn)定性D．碳納米管比表面積大，可用作新型儲(chǔ)氫材料8．下列物質(zhì)：①水；②氫氟酸；③燒堿溶液；④濃硫酸；⑤氧化鈣；⑥濃硝酸；⑦碳酸鈉固體。其中，在一定條件下能與反應(yīng)的是()A．②③⑤⑦ B．①③⑤⑥ C．①④⑥ D．全部9．《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無(wú)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(