第五章 第三节 无机非金属材料-【高考领航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第三节　无机非金属材料 [课标解读]　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。 知识点一　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有硅、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)硅酸盐的结构与性能 ①硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，如图所示。 ②硅酸盐材料的性质：多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 (2)三种常见硅酸盐产品 硅酸盐产品 原料 主要设备或生产条件 应用 陶瓷 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 高温烧结 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃(主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2) 纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2) 在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得 用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 水泥 黏土、石灰石、石膏(调节水泥的硬化速率) 在水泥回转窑中煅烧 水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程 [问题探究]　钢化玻璃是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种玻璃。为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性、寒暑性、冲击性等。 (1)利用题目信息分析钢化玻璃与普通玻璃成分是否相同？ 提示：相同，都是由Na2SiO3、CaSiO3、SiO2组成。 (2)根据制备玻璃的原料(纯碱、石灰石、石英砂)和玻璃的成分(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)，思考制备玻璃的化学方程式。 提示：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ 　陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是(　　) A．陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料 B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3 C．陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等 D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成的 解析：B　水泥、玻璃、陶瓷均属于无机非金属材料，故A正确；Fe2O3是红棕色物质，而陶瓷版“冰墩墩”上为黑色涂料，故不是氧化铁，故B错误；陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等，故C正确；陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制发生复杂的化学反应而制成的，故D正确。 [对点训练1]　“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C．硅酸盐制品的性质稳定、耐高温 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 解析：C　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。 知识点二　新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅的存在 硅元素在元素周期表中位于第三周期第ⅣA族。其单质是应用最为广泛的半导体材料。硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 (2)高纯硅的制备流程为： 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。 [问题探究]　全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计，“东数西算”工程正式全面启动。对中国半导体产业，“东数西算”工程同样意义重大，“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。回答下列问题。 (1)高纯硅的制备：SiO2→Si(粗)，Si→SiHCl3，SiHCl3→Si(纯)，三步反应均为氧化还原反应吗？ 提示：根据硅的价态判断，均为氧化还原反应。 (2)能否通过反应SiO2＋2CSi＋2CO↑，证明C、Si的非金属性强弱？ 提示：不能。硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。 (3)如何解释在半导体工业中有这样一句行话：“从沙滩到用户”？ 提示：粗硅制备的原料为来自沙滩的沙子，沙子的成分为SiO2，粗硅提纯得到高纯硅，广泛用于制备半导体材料。 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