第五章 第三节 无机非金属材料（教师WORD）- 2021-2022学年高一化学人教版必修第二册【创新设计】同步学考笔记

第三节　无机非金属材料 【课程标准要求】　 1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产。 2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。 3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用。 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)硅酸盐材料的特性 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(含水的 铝硅酸盐) 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 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) 性能 硬度高、耐高温、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点 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 拓展　(1)陶瓷、玻璃、水泥等传统无机非金属材料都是以含硅物质为原料，经过高温发生复杂的物理、化学变化制成，产品都为硅酸盐。(2)生产中采用不同的原料和工艺，也可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，利用含有铅的原料可制得光学玻璃；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃。 【微自测】 1.下列描述中正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物(×) (2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定(√) (3)硅氧四面体结构决定了硅酸盐材料的硬度高、耐腐蚀等特点(√) (4)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合(√) (5)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土(√) (6)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(√) (7)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(√) 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 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高纯硅半导体制造芯片和硅太阳能电池。 ②二氧化硅通信容量大、抗干扰性好、通信效率高光导纤维。 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 【微自测】 2.下列关于新型无机非金属材料的说法中，不正确的是(　　) A.高纯硅可用于制造半导体材料 B.压电陶瓷属于新型无机非金属材料，能实现机械能和电能的相互转化 C.碳纳米材料的主要成分是碳单质，包含富勒烯、碳纳米管和石墨烯等多种 D.二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 答案　D 解析　光导纤维不具有导电性，二氧化硅制成的光导纤维是由于传输光的信号强而被用于制造光缆，D不正确。 硅及二氧化硅的化学性质 【活