第06讲 无机非金属材料（讲义）-【寒假自学课】2022年高一化学寒假精品课（人教版2019必修第二册）

第06讲 无机非金属材料 知识导航 知识预习 一、硅酸盐的概念、结构与特点 1．概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。 2．结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。 3．特点：硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥 陶瓷 玻璃 水泥 主要原料 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） 纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2） 黏土、石灰石 主要成分 Al2O3·2SiO2·2H2O Na2CO3、CaCO3、SiO2 硅酸二钙、铝酸三钙等 反应原理 高温烧结而成 高温下发生复杂的物理和化学变化 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 制混凝土，大量用于建筑和水利工程 制取玻璃的反应方程式为:____________________________________________________________________。 三、硅单质的物理性质与用途 1．物理性质：硅单质是带有金属光泽的灰黑色固体，其结构与金刚石类似，为空间网状结构，所以晶体硅的硬度大、熔点高。 2．用途：硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界处，晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是一种良好的_________材料，因此晶体硅常用于制作集成电路板（硅芯片）和太阳能电池极板。 四、硅的制备 制备原理 用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。 制备流程 反应方程式 五、新型无机非金属材料 1. 硅和二氧化硅 （1）硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的___________材料，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 （2）二氧化硅可用来生产___________。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 2. 新型陶瓷 （1）新型陶瓷不限于传统的硅酸盐体系，如碳化硅（SiC）、高温结构陶瓷、压电陶瓷、超导陶瓷等在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 （2）碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，大大超过了普通金属材料所能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 3. 碳钠米材料 碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。其在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。 对点训练 题型一：硅酸盐材料（传统无机非金属材料） 【变1-2】制玻璃和水泥的共同的原料是(　　) A．二氧化硅 B．碳酸钠 C．碳酸钙 D．硅酸钠 【变1-4】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　) A．“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化 B．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 题型二：硅、二氧化硅 【变2】下列叙述错误的是 A．硅在自然界中主要以单质形式存在 B．硅是应用最为广泛的半导体材料 C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．二氧化硅可用于生产玻璃 【变3】二氧化硅是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是（ ） A．图中所有反应都不属于氧化还原反应 B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维 C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高 【例4】氢氟酸是HF的水溶液，可与发生反应生成和。请写出该