5.3 无机非金属材料-2021-2022学年高一化学同步教学讲义（人教版2019必修第二册）

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 一、硅酸盐材料 1．无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料多含硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 2．硅酸盐及其结构 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si。 (2)硅酸盐的特性 硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 3．常见的硅酸盐材料 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 黏土 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 主要原料：石灰石、黏土，辅助原料：适量的石膏 设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 主要成分 含水的铝硅酸盐 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 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、各种器皿、制造玻璃纤维等 大量用于建筑和水利工程 【补充】 硅酸盐氧化物形式的改写 二、新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅的存在与结构 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 氧化物和硅酸盐 第三周期ⅣA族 (2)高纯硅的制备 ①　　　　　　 ②　　　　　 ③ 其中涉及的主要化学反应为 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋3HClSiHCl3＋H2 ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl (3)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。 ②SiO2用于生产光导纤维。 2．新型陶瓷 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、抗氧化 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗等领域 3.碳纳米材料 概念 性能 用途 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60 — 制碳纳米材料 碳纳米管 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 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究在不断深入 【补充】 硅及二氧化硅的化学性质 (1)硅的化学性质 常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。 Si＋2F2===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (2)二氧化硅的化学性质 【例题讲解】 1．硅及其化合物是带来人类文明的重要物质，下列说法正确的是 A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐材料 B．二氧化硅可用于制造太阳能电池 C．高纯硅可用于制造光导纤维 D．某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2表示 2．下列反应的离子方程式书写正确的是 A．氯化铁溶液中通入硫化氢气体2Fe3＋＋S2-=2Fe2＋＋S↓ B．NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液混合呈中性：2H+++Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O C．用漂白粉溶液吸收尾气中SO2：Ca2++2ClO-+SO2+H2O=CaSO3↓+2HClO D．水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3+CO2+H2O=2Na+++H2SiO3↓ 3．在给定条件下，下列选项所示物质间不满足每一步转化均能实现的是 A． B． C． D． 4．某固体混合物X含有Cu、Fe2O3、K2CO3、K2SiO3、K2SO3、KAlO2和K2SO4中的几种。为确定其组成，进行如下实验： 下列说法正确的是 A．蓝绿色溶液Z含有Cu2+和Fe3+共两种金属离子 B．无色气体N若能使澄清石灰水变浑浊，则可确定是CO2 C．溶液M中滴加适量盐酸产生的沉淀是Al(OH)3和H2SiO3 D．可确定固体X中含有Cu、Fe2O3、KAlO2和K2SO4 5．固体混合物W由Cu、FeO、F