课程14无机非金属材料 【寒假辅导班】 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

课程14 无机非金属材料 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，增强关注社会的意识和责任感。 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、石灰石、石英砂 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 3.硅酸钠(俗名泡花碱) （1）硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。 （2）硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是SiO＋2H＋===H2SiO3↓。 （3）少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO。 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）工业制备高纯硅的原理 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 上述反应共同的反应类型是氧化还原反应(或置换反应)，反应①中焦炭的作用是还原剂，反应③中氢气的作用是还原剂。 （3）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。 一、单选题 1．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是 A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁 B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 2．有关高温结构陶瓷和光导纤维说法不正确的是 A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料 B．氮化硅陶瓷是一种重要的结构材料，具有超硬性、耐高温、抗氧化、耐腐蚀，可用于制造火箭发动机 C．光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维 D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听 3．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是 A．水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀 B．水玻璃在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料 C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 4．下列