5.3 无机非金属材料（精讲）-2022-2023学年高一化学同步精讲+精练（人教版2019必修第二册）

5.3 无机非金属材料 【学科核心素养】 1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。 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，增强关注社会的意识和责任感。 【知识讲解】 一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 1.硅酸盐及其结构 (1)硅酸盐的概念 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。 (2)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。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)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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 2.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 — 玻璃窑 水泥回转窑 主要 成分 成分复杂 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) 特点 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘 玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品 具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具 建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 例1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是(　　) A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷 B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅 C.陶瓷的主要原料是黏土 D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)硅的存在与性质 ①硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在； ②单质硅是应用最为广泛的半导体材料； ③高温下，硅能与氧气反应生成SiO2，与氯气反应生成SiCl4。 (2)二氧化硅的性质 ①二氧化硅硬度大、熔点高，不溶于水； ②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O； ③具有氧化性：SiO2＋2CSi＋2CO↑； ④特性：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 2.新型陶瓷 (1)新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有很大的变化，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (2)常见新型陶瓷及其用途(连线) (3)高温结构陶瓷——碳化硅(SiC) 碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接而形成，与金刚石的结构类似，具有硬度大和优异的高温抗氧化性能。 3.碳纳米材料 (1)富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。 (2)碳纳米管是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，具有高强度和优良的电学性能。 (3)石墨烯是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。 【特别提醒】碳纳米材料富勒烯、石墨烯等、金刚石、石墨都是碳的同素异形体，它们具有不同的结构碳原子排列方式不同和性质。 例2.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备： SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯) 下列说法不正确的是(　　) A.步骤①的化学方程式：SiO2＋CSi＋CO2↑ B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子 C.步骤③中的反应为氧化还原反应 D.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料 【随堂检测】 1．（2022春·黑龙江佳木斯·高一建三江分局第一中学校考期中）由粗SiO2 (含少量Fe2O3、Al2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法错误的是 A．X可用作木材防火剂 B．步骤Ⅱ中的主要反应是 C． SiO2是将太阳能转化为电能的常用材料 D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行 2．（2022春·山东济南·高一校考阶段练习）下列说法正确的是 A．SiO2溶于水且显酸性 B．CO2通入水玻璃可得硅酸 C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D．SiO2在常温下不与任何物质反应 3．（2022春·重庆巫山·高一校考期末）化学与生产、生活、科研密切相关。下列说法错误的是 A．氮化硅陶瓷、光导纤维、硅