第3讲 无机非金属材料（讲义）-【划重点】2023-2024学年高一化学下学期同步精细课件与讲义 （人教版2019必修第二册）

第3讲 无机非金属材料 知识点1 硅酸盐材料 1.硅酸盐的组成与结构 （1）硅酸盐的组成 硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。它们种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，如硅酸钙（CaSiO3）可表示为 CaO ·SiO2。硅酸盐大多不溶于水，化学性质很稳定。 硅酸盐的表示方法：复杂的硅酸盐可用氧化物质的形式来表示。 例：长石（ KAlSi3O8 ）可表示为K2O·Al2O3·6SiO2 (1)用氧化物的形式表示的硅酸盐只是表示方式不同，不可认为硅酸盐是由氧化物形成的混合物。 (2)书写方法:找出组成元素→写成氧化物形式→注意原子守恒→检查有无遗漏→氧化物之间以“ · ”隔开。 (3)书写顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→SiO2→H2O。 （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在四面体的中心，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。 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.传统的无机非金属材料 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如陶瓷、玻璃和水泥等。 （1）陶瓷 原料及制作 使用历史 应用 以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成 我们的祖先能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 （2）玻璃 原料及制作 应用 以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分为SiO2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化制得 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 （3）水泥 原料及制作 应用 以黏土和石灰石为主要原料，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉得到普通的硅酸盐水泥 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 硅酸盐产品中，水泥与陶瓷的共同原料是黏土，水泥与玻璃的共同原料是石灰石。 知识点2 硅 1.硅单质的存在形式与结构 单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。晶体硅结构如图所示，为具有正四面体形网状结构的晶体，与金刚石结构相似。 2.硅的性质 （1）物理性质：晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410 ℃）、硬度大、有脆性。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 （2）化学性质：硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼。 ①常温下，除与F2、HF 和强碱溶液反应外，硅不与其他物质（如强酸和强氧化剂）反应。 Si+2F2 SiF4 Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑ Si是能与NaOH溶液反应放出H2的非金属单质，Al是能与NaOH溶液反应放出H2的金属单质，推断题中常以此作为突破口。 ②加热时，硅能与O2、Cl2、C等发生化合反应。 Si+O2 △ SiO2 Si+2Cl2 △ SiCl4 3.硅单质的制备 硅单质是由其氧化物制得的，分为两个阶段∶ （1）粗硅的制备：SiO2+2C 1800~2000℃ Si（粗）+2CO↑ （2）粗硅的提纯∶Si（粗）＋3HCl 300℃ SiHCl3+H2; SiHCl3+H2 1100℃ Si（纯）＋3HCl。 4.硅的用途 （1）高纯硅可以用来作半导体材料，超高纯度的硅芯片广泛应用于大规模集成电路及相应的计算机技术中。 （2）单质硅用于制造晶体管、集成电路、硅整流器和光电池等。 知识点3 二氧化硅 （1）二氧化硅的存在形式 二氧化硅的俗名为硅石，天然二氧化硅分为结晶形和无定形两种。 （2）二氧化硅的结构与物理性质 ①结构：二氧化硅晶体的基本结构是以硅原子为中心，氧原子在四面体的4个顶角上，而这些四面体又通过顶角的氧原子相连接。即每个硅原子与周围的4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，实际上，SiO2晶体是由 Si 原子和 O 原子按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。 SiO2是二氧化硅的化学式（表示组成），不是分子式。二氧化硅没有分子式。 ②物理性质：纯净的二氧化硅是无色透明的，其熔沸点高、硬度大、不溶于水、也不导电。 （3）二氧化硅的化学性质 ①稳定性：二氧化硅的化学性质不活泼，在通常情况下，不与水、酸（氢氟酸除外）发生化学反应。 ②酸性氧化物的通性∶ a.与碱反应生成盐和水∶SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O; b