第09讲 硅的化合物 新型无机非金属材料讲义 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第09讲 硅的化合物 新型无机非金属材料 知识导航 模块一 二氧化硅 硅酸 知识精讲 资料卡片——SiO2的结构与物理性质 如图所示，二氧化硅晶体是由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，所以我们通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。 SiO2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。 二、SiO2的化学性质 1．二氧化硅虽然不溶于水，但它是一种酸性氧化物 (1)与NaOH反应：_______________________________________； (2)与CaO反应：SiO2 + CaO CaSiO3 2．二氧化硅的特性 与HF反应：_______________________________________________； 3．二氧化硅可与某些盐反应制备玻璃 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ 【答案】(1)SiO2 + 2NaOH === Na2SiO3 + H2O (2)SiO2 + 4HF === SiF4↑+ 2H2O 三、SiO2的用途 1．用于生产____________； 2．水晶、玛瑙等饰品； 3．制作耐高温的化学仪器。 【答案】光导纤维 四、硅酸 1．H2SiO3的弱酸性：硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。 2．H2SiO3的不稳定性：硅酸受热易分解，H2SiO3 SiO2 + H2O。 3．硅酸的制备(强酸制弱酸)： Na2SiO3 + 2HCl === 2NaCl + H2SiO3(胶体) Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3(胶体) + Na2CO3 模块二 新型无机非金属材料 知识精讲 一、新型陶瓷 新型陶瓷包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等，在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 例如，碳化硅(SiC)俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，大大超过了普通金属材料所能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 资料卡片——新型陶瓷 ①高温结构陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。 ②压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。 ③透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、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，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。 ④超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。 二、碳纳米材料 碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。 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，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 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。其在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。 经典例题 题型一：SiO2的性质与用途 【变1-1】下列关于的叙述正确的是 ①能与水反应生成硅酸 ②对应的水化物是可溶性弱酸 ③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，和的分子结构也相同 ④既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故是两性氧化物 ⑤中硅元素为价，故具有氧化性 ⑥在中，每个硅原子结合2个氧原子 A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤ 【答案】D 【解析】 【详解】 ①不与水反应； ②对应的水化物(弱酸)不溶于水； ③晶体中不存在单个的分子，且每个硅原子与4个氧原子结合，而二氧化碳分子中1个碳原子与1个氧原子形成两条共价键，结构式为O=C=O，所以二者的分子结构不同； ④二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有盐生成，与碱反应生成盐和水，所以二氧化硅属于酸性氧化物，不属于两性氧化物； ⑤具有弱氧化性，如高温条件下被碳还原制取粗硅：； ⑥晶体中不存在单个的分子，且每个硅原子与4个氧原子结合； 结合以上分析可知，不正确的有①