5.3.2 无机非金属材料（第2课时）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（人教版2019必修第二册）

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 第2课时 无机非金属材料 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1、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、认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。 3．能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类。 重点:玻璃、水泥工业生产(原料、设备等)。 难点:传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别。 一、‌无机非金属材料‌‌ 1．无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料多含 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。 2.分类——可以根据化学成分和性能进行分类。 1）按化学成分分类 无机非金属材料可以根据其主要化学成分进行分类，主要包括以下几类： （1）‌单质‌：如碳、硅等。 （2）‌氧化物‌：如二氧化硅、三氧化二铝等。 （3）‌碳化物‌：如碳化硅、碳化硼等。 （4）‌氮化物‌：如氮化硅、氮化铝等。 （5）‌硫化物‌：如硫化锌、硫化镉等。 （6）‌卤化物‌：如氟化钙、氯化钠等。 （7）‌硅化物‌：如硅化镁、硅化铜等。 （8）‌磷化物‌：如磷化铝、磷化镓等。 （9）‌氧氨化物‌：如氧氮化硅、氧氮化铝等。 2）按性能分类 无机非金属材料也可以根据其性能进行分类，主要包括以下几类： （1）‌结构材料‌：用于构建和支撑的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。 （2）‌功能材料‌：具有特定功能的材料，如： ①‌机械性能‌：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等。 ②‌热学性能‌：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等。 ③‌化学性能‌：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等。 ④‌光学性能‌：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等。 ⑤‌电学性能‌：绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等。 ⑥‌磁学性能‌：磁性材料。 ⑦‌声学性能‌：隔声材料、吸声材料等。 ⑧‌核物理性能‌：放射性材料、反应材料等。 ⑨‌生物性能‌：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等。 二、传统无机非金属材料——以硅酸盐材料为主 1.传统无机非金属材料 传统无机非金属材料是指以 为主要成分的材料，具有 、 、 等特性，被广泛应用于建筑、化工、电子、航空航天等领域。 2.常见的硅酸盐材料——水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 制备过程 原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得 原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得 原料经高温烧结而成 变化 复杂的 变化过程 复杂的 变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 硅酸盐 用途 重要的建筑材料，制作混凝土，用于建筑和水利工程 建筑材料、化学实验用的玻璃仪器、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维、窗玻璃等 在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛，如建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 （1）陶瓷：陶瓷以 为主要原料，经高温烧结而成的。 （2）玻璃：普通玻璃的主要成分为 ，它是以 为主要原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的 而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、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。 （3）水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是 ，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏 ，再研成细粉得到普通水泥。 是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 【名师提醒】硅酸盐产品中，水泥和陶瓷的共同原料是黏土，水泥和玻璃的共同原料是石灰石。 三、新型无机非金属材料 1.新型陶瓷 （1）新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于 体系，在 等方面具有很多新的特性和功能。 （2）新型陶瓷的种类与用途 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石 硬度很大、高温抗氧化性能优异 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；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 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3O10 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗领域等 2.碳纳米材料——新型的无机非金属材料 （1）类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 在溶解性、磁性、非线性光学性质、光导电性等方面表现出优异性能 工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等 碳纳米管 石墨片层卷成的直径纳米级的管状物 比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高、具有很高的强度 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 （2）用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 3.传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别 类别 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 主要成分 硅酸盐 不一定是硅酸盐 主要特性 抗腐蚀、耐高温、质脆、经不起热冲击 大都强度高、硬度大，耐高温，另外还具有一定的电学特性、光学特性和生物功能等 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品。( ) （2）冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料。( ) （3）陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。( ) （4）水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土。( ) （5）氮化硅陶瓷和氮化铝陶瓷均为新型无机非金属材料。( ) （6）光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2。( ) （7）水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。( ) （8）传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。( ) (9)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维。( ) (10)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同。( ) 2．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的以上，硅单质及其化合物用途广泛。请回答下列问题： （1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯硅烷还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如图： 写出由纯制备高纯硅的化学反应方程式： 。 （2）在人体器官受到损伤时，需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内，这种材料是 (填序号)。 A．高温结构陶瓷　　　B．生物陶瓷　　　C．导电陶瓷 （3）硅酸部分脱水可制成用作干燥剂的硅胶，硅酸是难溶于水的二元弱酸，写出硅酸与足量氢氧化钠溶液反应的离子方程式 。 （4）用溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现的用途是可作 的原料。可通过与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是 。 A．瓷坩埚　　　B．石英玻璃坩埚　　　C．氧化铝坩埚　　　D．铁坩埚 （5）许多人喜欢佩戴玉石饰品，玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，例如和田玉可表示为复杂氧化物形式，我国成功发射的嫦娥一号探月卫星发现月球上主要矿石有辉石、斜长石和橄榄石等，其中斜长石可写成氧化物形式为： 。 ►问题一 如何认识传统无机非金属材料 【典例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 【解题必备】1.概念：‌传统无机非金属材料‌是指以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。这些材料除了有机高分子材料和金属材料以外的所有材料统称为无机非金属材料‌ 2.分类：无机非金属材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料等。这些材料通常是通过共价键和离子键原子相互作用形成的，其原子组织结构比金属材料更为复杂。‌ 3.性质 无机非金属材料具有以下主要特性： （1）‌硬度高‌：具有很高的硬度和耐磨性，适用于切削工具和轴承等领域。 （2）‌耐腐蚀‌：对酸、碱等化学物质具有良好的耐蚀性能，适用于化工设备和管道。 （3）‌高温稳定性好‌：能够在高温环境下保持稳定，适用于高温工作环境。 （4）‌电绝缘性优‌：具有良好的电绝缘性能，适用于电子元器件和电力设备。 4.应用 （1）‌陶瓷‌：用于高端餐具、装饰品、电子工业中的集成电路基板和高压电器部件。 （2）‌玻璃‌：用于建筑窗户、手机屏幕、光学仪器透镜等。 （3）‌水泥‌：广泛应用于土木工程中，被誉为“建筑业的脊梁”。 【变式1-1】下列说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品 B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料 C．光导纤维的主要成分是晶体硅 D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 【变式1-2】玻璃、水泥、陶瓷和砖瓦都是传统硅酸盐产品，下列关于它们的说法不正确的是 A．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙 B．黑砖中的铁元素主要以氧化铁形式存在 C．《陶者》“陶尽门前土，屋上无片瓦。十指不沾泥，粼粼居大厦。”黏土烧制陶器的过程中发生了化学变化 D．工艺师用氢氟酸来腐蚀雕刻玻璃制品 ►问题二 如何认识新型无机非金属材料 【典例2】近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料 【解题必备】1.新型无机非金属材料的分类和特性 （1）‌新型陶瓷‌：具有高硬度、高强度和优异的耐高温性能，常用于制造高端切削工具和发动机零件。 （2）‌光导纤维‌：具有优异的光学特性，用于光缆通讯、医疗和信息处理等领域。 （3）‌宽禁带半导体材料‌：如氮化镓，用于制造高效、高频的电子器件。 （4）‌生物功能材料‌：具有特定的生物功能，用于生物医学领域。 2.新型无机非金属材料的应用领域 （1）‌航空航天‌：用于制造高性能的军用飞机和导弹部件，增强结构强度和减轻重量。 （2）‌电子信息‌：用于制造高效、高频的电子器件和光电子器件。 （3）‌生物医学‌：具有特定的生物功能，用于药物释放、组织工程等。 （4）‌能源‌：用于制造高效、低成本的储能电池和燃料电池。 【变式2-1】下列材料的特性及用途的说法中不正确的是 A．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料 B．氧化铝陶瓷具有两性，不可以用于制耐高温设备 C．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造轴承 D．人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机 【变式2-2】氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃条件下反应制得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途不可能是(　　) A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造轴承 ►问题三 正确区分传统无机非金属材料和新型无机非金属材料 【典例3】下列说法不正确的是 A．传统的无机非金属材料主要是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．碳纳米材料属于新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等 C．硅酸钠溶液可以保存在具有磨口玻璃塞的试剂瓶中 D．大多数硅酸盐结构复杂，具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点 【解题必备】传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别主要体现在制备方法、功能和性能以及应用领域等方面。‌ 1.制备方法不同 ‌传统无机非金属材料‌通常使用简单的制备方法，如物理、化学和热力学方法；‌新型无机非金属材料‌则采用先进的制备技术，如溶胶-凝胶技术、微观加工技术等‌。 2.功能和性能不同 ‌传统无机非金属材料‌具有高熔点、高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特点，晶体结构和化学成分具有良好的稳定性，适用于高温、高压等特殊环境；‌新型无机非金属材料‌则具有特殊的功能和性能，如超强的力学性能、良好的导电性、高比表面积、光学性能等。这些材料通过新兴科技如纳米技术和生物技术发展而来‌。 3.应用领域不同 ‌传统无机非金属材料‌主要用于陶瓷制造、建筑材料、电子陶瓷和环保陶瓷等领域；‌新型无机非金属材料‌则主要用于能源、电子、生物医学和环境等领域，特别是在光电子、航空航天、军工等高科技领域有广泛应用。 【变式3-1】下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 【变式3-2】化学对整个科技领域的发展起到了强有力的支撑和推动，下列说法正确的是 A．神舟十五号核心舱搭载的柔性太阳能电池板的核心材料是二氧化硅 B．制陶瓷的氮化硅属于传统无机非金属材料 C．应用于5G手机中的石墨烯导热膜属于新型无机非金属材料 D．石墨烯和碳纳米管都具有相当高的强度，都不能导电 1．近年来我国航空航天事业发展迅速，下列说法正确的是 A．“玉兔二号”月球车首次实现在月球背面着陆，其太阳能电池的材料是二氧化硅 B．“京沪干线”项目实现了光纤量子通信，生产光纤的原料为晶体硅 C．“神舟十七号”航天员使用的碳纤维材料操纵棒属于传统无机非金属材料 D．“嫦娥五号”使用的碳化硅陶瓷属于新型无机非金属材料 2．材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列有关说法正确的是 A．太阳能电池板广泛应用在航天器上，其主要成份是二氧化硅 B．石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥都是新型硅酸盐材料 C．半导体行业中有一句话：“从沙滩到用户”，计算机芯片的主要成份是晶体硅 D．中国航天飞船外壳用到的是特种镁合金，属于新型无机非金属材料 3．材料是人类赖以生存和发展的物质基础，而无机非金属材料在各个领域都扮演着重要的角色。下列说法错误的是 A．高纯度硅可用于制作手机芯片 B．光导纤维的主要成分是二氧化硅 C．普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂 D．“天问一号”探测器上使用的新型增强铝基复合材料属于新型硅酸盐材料 4．化学与人类生产、生活、社会可持续发展等密切相关。下列说法错误的是 A．水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品 B．千家万户通光纤，光纤的主要材质为 C．华为首款手机芯片的主要成分是 D．中国空间站使用的太阳能电池帆板的主要成分是 5．材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列说法正确的是 A．“北斗导航”系统应用一体化芯片手机，芯片成分为 B．“天宫二号”空间实验室的硅电池板将光能直接转换为电能 C．C919大飞机采用的材料中使用了高温陶瓷材料氮化硅，氮化硅属于硅酸盐 D．用于北京冬奥会礼仪服智能发热的石墨烯属于无机非金属化合物 6．下列有关材料的说法，错误的是 A．华为首款5G手机搭载了智能7nm制程SoC“麒麟980”手机芯片的主要成分是硅单质 B．碳化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，氮化硅具有耐高温、耐磨等特点是良好的高温结构材料和耐高温半导体材料 C．普通玻璃的主要成分是、、，制造水泥的主要原料是石灰石、黏土和二氧化硅 D．2022年北京冬奥会展示的智能服饰含有石墨烯，石墨烯与金刚石互为同素异形体 7．材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列有关物质的说法正确的是 A．碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是新型无机非金属材料 B．晶体硅的主要用途是制造光导纤维 C．陶瓷是以黏土为原料制成的 D．普通玻璃的主要成分为纯碱、石灰石、石英砂 8.传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如陶瓷、玻璃和水泥等；随着科学技术的发展，一系列新型无机非金属材料相继问世，其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料；还有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。完成下列小题。 （1）用石英砂制粗硅的反应为：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，下列说法正确的是 A．CO在反应中是还原产物 B．SiO2、CO均为酸性氧化物 C．14C原子中的电子数为8 D．该反应每生成28 g硅，转移4 mol电子 （2）下列物质性质与用途具有对应关系的是 A．晶体硅熔点高，可用于制作半导体材料 B．SiO2硬度大，可用于制作光导纤维 C．碳化硅硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料 D．硅酸钠耐热性好，它的水溶液常用作黏合剂 （3）下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A．SiO2H2SiO3 B．SiO2Na2SiO3 C．H2SiO3Na2SiO3 D．Na2SiO3溶液H2SiO3 1．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件 B．石墨烯是优良的新型材料可用作动力电池和超轻海绵 C．碳化硅具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料 D．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成计算机通讯设备的芯片 2．下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是 A．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面 B．太阳能发电板的主要材料是 C．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料 D．氧化铝陶瓷、碳纳米管、光导纤维均属于新型无机非金属材料 3．下列说法错误的是 A．水泥生产过程中加入适量石膏可调节水泥的硬化速率 B．普通玻璃的主要成分为、和 C．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 D．硅是应用最为广泛的半导体材料，可用来生产光导纤维 4．绚丽精美的甘肃远古彩陶，是黄河文明序章中最辉煌的部分。如图所示为现藏于甘肃省博物馆的人头形器口彩陶瓶。下列说法正确的是 A．烧制彩陶的主要原料为黏土 B．彩陶属于新型无机非金属材料 C．陶瓷不耐酸碱侵蚀，易被氧化 D．高温烧制彩陶的过程中未发生化学变化 5．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是 A．碳化硅(SiC)俗称金刚砂，类似金刚石结构，熔沸点较低 B．普通玻璃的主要成分为纯碱、石灰石、石英砂 C．晶体硅具有半导体性质，可用于生产计算机芯片 D．石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是新型无机非金属材料 6．材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法正确的是 A．碳化硅属于新型陶瓷，可用作耐高温半导体材料 B．生产水泥的原料是纯碱、石灰石、石英砂 C．高考涂答题卡用的铅笔芯的主要成分是铅 D．光伏电站使用的太阳能电池和通信工程使用的光导纤维的主要成分都是二氧化硅 7．下列用品中不属于新型无机非金属材料的是 A．压电陶瓷 B．钢化玻璃 C．富勒烯 D．结构陶瓷 8．无机非金属材料与人类社会的发展与进步息息相关，硅元素更是无机非金属材料的主角，地壳质量的90%以上是二氧化硅和硅酸盐。回答下列问题： （1）硅元素在元素周期中的位置 。 （2）硅酸盐材料是传统无机非金属材料，下列产品属于硅酸盐的是 (填序号)。 ①玻璃；②陶瓷；③石英玻璃；④硅芯片；⑤光导纤维；⑥水泥；⑦砖瓦 （3）盛装碱液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是请用离子方程式来解释原因 。 （4）实验室制取硅酸的方法是向硅酸钠溶液中加入稀盐酸，化学方程式为 。 （5）制备陶瓷和普通水泥都需要以黏土为原料，黏土的主要成分是铝硅酸盐。某种黏土的主要成分为Al2Si2O5(OH)4，将其表示为氧化物的形式为aAl2O3·bSiO2·cH2O，则a：b：c= 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 第2课时 无机非金属材料 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1、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、认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。 3．能从材料组成的角度对无机非金属材料进行分类。 重点:玻璃、水泥工业生产(原料、设备等)。 难点:传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别。 一、‌无机非金属材料‌‌ 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.分类——可以根据化学成分和性能进行分类。 1）按化学成分分类 无机非金属材料可以根据其主要化学成分进行分类，主要包括以下几类： （1）‌单质‌：如碳、硅等。 （2）‌氧化物‌：如二氧化硅、三氧化二铝等。 （3）‌碳化物‌：如碳化硅、碳化硼等。 （4）‌氮化物‌：如氮化硅、氮化铝等。 （5）‌硫化物‌：如硫化锌、硫化镉等。 （6）‌卤化物‌：如氟化钙、氯化钠等。 （7）‌硅化物‌：如硅化镁、硅化铜等。 （8）‌磷化物‌：如磷化铝、磷化镓等。 （9）‌氧氨化物‌：如氧氮化硅、氧氮化铝等。 2）按性能分类 无机非金属材料也可以根据其性能进行分类，主要包括以下几类： （1）‌结构材料‌：用于构建和支撑的材料，如水泥、玻璃、陶瓷等。 （2）‌功能材料‌：具有特定功能的材料，如： ①‌机械性能‌：高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等。 ②‌热学性能‌：耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等。 ③‌化学性能‌：耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等。 ④‌光学性能‌：电光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等。 ⑤‌电学性能‌：绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等。 ⑥‌磁学性能‌：磁性材料。 ⑦‌声学性能‌：隔声材料、吸声材料等。 ⑧‌核物理性能‌：放射性材料、反应材料等。 ⑨‌生物性能‌：骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等。 二、传统无机非金属材料——以硅酸盐材料为主 1.传统无机非金属材料 传统无机非金属材料是指以硅酸盐为主要成分的材料，具有耐火、耐腐蚀、耐高温等特性，被广泛应用于建筑、化工、电子、航空航天等领域。 2.常见的硅酸盐材料——水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料 水泥 玻璃 陶瓷 主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、石英砂、纯碱 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 制备过程 原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得 原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得 原料经高温烧结而成 变化 复杂的物理、化学变化过程 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 复杂的物理、化学变化过程 组成 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙3CaO·Al2O3) 硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 硅酸盐 用途 重要的建筑材料，制作混凝土，用于建筑和水利工程 建筑材料、化学实验用的玻璃仪器、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维、窗玻璃等 在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛，如建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 （1）陶瓷：陶瓷以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成的。 （2）玻璃：普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂为主要原料，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而制得的，玻璃可用于生产建筑材料、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。 （3）水泥：普通硅酸盐水泥的主要原料是黏土和石灰石，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理变化和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再研成细粉得到普通水泥。混凝土是水泥、沙子和碎石等与水混合得到的。 【名师提醒】硅酸盐产品中，水泥和陶瓷的共同原料是黏土，水泥和玻璃的共同原料是石灰石。 三、新型无机非金属材料 1.新型陶瓷 （1）新型陶瓷 新型陶瓷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。 （2）新型陶瓷的种类与用途 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石 硬度很大、高温抗氧化性能优异 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；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 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3O10 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗领域等 2.碳纳米材料——新型的无机非金属材料 （1）类型：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新型材料 结构特点 主要性能 主要应用 富勒烯 碳原子构成的一系列笼形分子 在溶解性、磁性、非线性光学性质、光导电性等方面表现出优异性能 工业材料，应用于电化学，催化剂，化妆品，抗癌药物等 碳纳米管 石墨片层卷成的直径纳米级的管状物 比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高、具有很高的强度 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 （2）用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。 3.传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别 类别 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 主要成分 硅酸盐 不一定是硅酸盐 主要特性 抗腐蚀、耐高温、质脆、经不起热冲击 大都强度高、硬度大，耐高温，另外还具有一定的电学特性、光学特性和生物功能等 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品。( ) （2）冰壶主材料花岗岩属于无机非金属材料。( ) （3）陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。( ) （4）水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土。( ) （5）氮化硅陶瓷和氮化铝陶瓷均为新型无机非金属材料。( ) （6）光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2。( ) （7）水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品。( ) （8）传统的无机非金属材料均为硅酸盐材料。( ) (9)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维。( ) (10)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同。( ) 【答案】（1）×（2）√（3）√（4）√（5）√（6）√（7）×（8）×(9)×(10)√ 2．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的以上，硅单质及其化合物用途广泛。请回答下列问题： （1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯硅烷还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如图： 写出由纯制备高纯硅的化学反应方程式： 。 （2）在人体器官受到损伤时，需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内，这种材料是 (填序号)。 A．高温结构陶瓷　　　B．生物陶瓷　　　C．导电陶瓷 （3）硅酸部分脱水可制成用作干燥剂的硅胶，硅酸是难溶于水的二元弱酸，写出硅酸与足量氢氧化钠溶液反应的离子方程式 。 （4）用溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现的用途是可作 的原料。可通过与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是 。 A．瓷坩埚　　　B．石英玻璃坩埚　　　C．氧化铝坩埚　　　D．铁坩埚 （5）许多人喜欢佩戴玉石饰品，玉石的主要成分基本都属于硅酸盐，例如和田玉可表示为复杂氧化物形式，我国成功发射的嫦娥一号探月卫星发现月球上主要矿石有辉石、斜长石和橄榄石等，其中斜长石可写成氧化物形式为： 。 【答案】（1） （2）B （3） （4）防火剂(阻燃剂) D （5） 【分析】石英砂主要成分为二氧化硅，二氧化硅与焦炭在高温条件下发生反应生成粗硅，粗硅与HCl在574K以上条件下发生反应生成粗品SiHCl3，粗品SiHCl3精馏得到纯品SiHCl3，SiHCl3在高温条件下被氢气还原生成高纯度硅； 【解析】（1）纯SiHCl3与氢气反应生成硅和氯化氢，方程式为； （2）用于人体器官的陶瓷，应具有良好的生物性能，故选B。 （3）硅酸是二元弱酸与足量氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，离子方程式为； （4）溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现不易燃烧的性质，可以用作防火剂(阻燃剂)的原料；SiO2和纯碱高温下反应生成和二氧化碳，故含SiO2的材料以及Al2O3的材料都能与碳酸钠高温下发生反应，故要用铁坩埚熔融纯碱，故选D； （5）硅酸盐写成氧化物形式时，低价金属氧化物在前，高价金属氧化物在后，若化合价相同，活泼金属氧化物在前，不活泼金属氧化物在后，最后写SiO2，故应写成的形式。 ►问题一 如何认识传统无机非金属材料 【典例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 【答案】C 【解析】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，答案选C。 【解题必备】1.概念：‌传统无机非金属材料‌是指以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。这些材料除了有机高分子材料和金属材料以外的所有材料统称为无机非金属材料‌ 2.分类：无机非金属材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料等。这些材料通常是通过共价键和离子键原子相互作用形成的，其原子组织结构比金属材料更为复杂。‌ 3.性质 无机非金属材料具有以下主要特性： （1）‌硬度高‌：具有很高的硬度和耐磨性，适用于切削工具和轴承等领域。 （2）‌耐腐蚀‌：对酸、碱等化学物质具有良好的耐蚀性能，适用于化工设备和管道。 （3）‌高温稳定性好‌：能够在高温环境下保持稳定，适用于高温工作环境。 （4）‌电绝缘性优‌：具有良好的电绝缘性能，适用于电子元器件和电力设备。 4.应用 （1）‌陶瓷‌：用于高端餐具、装饰品、电子工业中的集成电路基板和高压电器部件。 （2）‌玻璃‌：用于建筑窗户、手机屏幕、光学仪器透镜等。 （3）‌水泥‌：广泛应用于土木工程中，被誉为“建筑业的脊梁”。 【变式1-1】下列说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品 B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料 C．光导纤维的主要成分是晶体硅 D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 【答案】C 【解析】A．陶瓷、玻璃、水泥等都是传统的硅酸盐产品，A正确；B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，B正确；C．二氧化硅能传递光信号，因此光导纤维的主要成分是二氧化硅，晶体硅常用作半导体材料，C错误；D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，根据原子守恒可知若以氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O，D正确；答案选C。 【变式1-2】玻璃、水泥、陶瓷和砖瓦都是传统硅酸盐产品，下列关于它们的说法不正确的是 A．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙 B．黑砖中的铁元素主要以氧化铁形式存在 C．《陶者》“陶尽门前土，屋上无片瓦。十指不沾泥，粼粼居大厦。”黏土烧制陶器的过程中发生了化学变化 D．工艺师用氢氟酸来腐蚀雕刻玻璃制品 【答案】B 【解析】A．水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，故A正确；B．氧化亚铁和四氧化三铁呈黑色，氧化铁呈红色，所以黑砖中铁元素主要以氧化亚铁或四氧化三铁形式存在，故B错误；C．黏土烧制陶器的过程中有新物质生成，发生了化学变化，故C正确；D．SiO2是玻璃的主要成分之一，二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，所以可以用氢氟酸雕刻玻璃制品，故D正确；故答案为B。 ►问题二 如何认识新型无机非金属材料 【典例2】近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料 【答案】B 【解析】A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4，A正确；B．利用硅的半导体性能，可以制成太阳能电池，B错误；C．碳化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，C正确；D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料，D正确；故答案选B。 【解题必备】1.新型无机非金属材料的分类和特性 （1）‌新型陶瓷‌：具有高硬度、高强度和优异的耐高温性能，常用于制造高端切削工具和发动机零件。 （2）‌光导纤维‌：具有优异的光学特性，用于光缆通讯、医疗和信息处理等领域。 （3）‌宽禁带半导体材料‌：如氮化镓，用于制造高效、高频的电子器件。 （4）‌生物功能材料‌：具有特定的生物功能，用于生物医学领域。 2.新型无机非金属材料的应用领域 （1）‌航空航天‌：用于制造高性能的军用飞机和导弹部件，增强结构强度和减轻重量。 （2）‌电子信息‌：用于制造高效、高频的电子器件和光电子器件。 （3）‌生物医学‌：具有特定的生物功能，用于药物释放、组织工程等。 （4）‌能源‌：用于制造高效、低成本的储能电池和燃料电池。 【变式2-1】下列材料的特性及用途的说法中不正确的是 A．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料 B．氧化铝陶瓷具有两性，不可以用于制耐高温设备 C．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造轴承 D．人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机 【答案】B 【解析】A．光导纤维传导光的能力很强，可以传输光，是非常好的通讯材料，A正确；B．氧化铝陶瓷熔点很高，可以用于制耐高温设备，B错误；C．氮化硅陶瓷耐高温、耐磨损且不易传热，可用来制造轴承，C正确；D．人造刚玉成分是氧化铝，硬度高，可用来制造刚玉球磨机，D正确；故答案为：B。 【变式2-2】氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃条件下反应制得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途不可能是(　　) A．制汽轮机叶片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造轴承 【答案】B 【解析】氮化硅是一种高温结构陶瓷，属于新型无机非金属材料，由于氮化硅硬度大、熔点高、化学性质稳定，则强度高、耐磨、耐腐蚀，故可以制汽轮机叶片、轴承，制造永久性模具等，不涉及到有色玻璃，答案选B。 ►问题三 正确区分传统无机非金属材料和新型无机非金属材料 【典例3】下列说法不正确的是 A．传统的无机非金属材料主要是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．碳纳米材料属于新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等 C．硅酸钠溶液可以保存在具有磨口玻璃塞的试剂瓶中 D．大多数硅酸盐结构复杂，具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点 【答案】C 【解析】A．传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，主要是指陶瓷、玻璃、水泥，故A正确；B．碳纳米材料为新型无机非金属材料，包含富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，故B正确；C．硅酸钠溶液是一种无机粘合剂，能将玻璃塞和瓶体粘在一起，不便于打开，所以硅酸钠不可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中，故C错误；D．硅酸盐属于离子晶体，因此具有熔点高、硬度大的特点；大多数硅酸盐难溶于水；大多数硅酸盐化学性质稳定，因此其耐高温、耐腐蚀，故D正确；故选：C。 【解题必备】传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别主要体现在制备方法、功能和性能以及应用领域等方面。‌ 1.制备方法不同 ‌传统无机非金属材料‌通常使用简单的制备方法，如物理、化学和热力学方法；‌新型无机非金属材料‌则采用先进的制备技术，如溶胶-凝胶技术、微观加工技术等‌。 2.功能和性能不同 ‌传统无机非金属材料‌具有高熔点、高硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特点，晶体结构和化学成分具有良好的稳定性，适用于高温、高压等特殊环境；‌新型无机非金属材料‌则具有特殊的功能和性能，如超强的力学性能、良好的导电性、高比表面积、光学性能等。这些材料通过新兴科技如纳米技术和生物技术发展而来‌。 3.应用领域不同 ‌传统无机非金属材料‌主要用于陶瓷制造、建筑材料、电子陶瓷和环保陶瓷等领域；‌新型无机非金属材料‌则主要用于能源、电子、生物医学和环境等领域，特别是在光电子、航空航天、军工等高科技领域有广泛应用。 【变式3-1】下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 【答案】D 【解析】A. 硅酸盐材料是传统的无机非金属材料，主要包括：玻璃、水泥、陶瓷，故A正确；B. 新型无机非金属材料不但克服了传统的无机非金属材料的缺点，而且同时还具有了如能承受高温、强度较高，故B正确；C. 高温结构材料属于新型的无机非金属材料，具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，故C正确；D. 新型无机非金属材料如高温结构陶瓷(Si3N4陶瓷、SiC陶瓷)的主要成分不是硅酸盐，只有传统无机非金属材料才是硅酸盐，故D错误；故答案选：D。 【变式3-2】化学对整个科技领域的发展起到了强有力的支撑和推动，下列说法正确的是 A．神舟十五号核心舱搭载的柔性太阳能电池板的核心材料是二氧化硅 B．制陶瓷的氮化硅属于传统无机非金属材料 C．应用于5G手机中的石墨烯导热膜属于新型无机非金属材料 D．石墨烯和碳纳米管都具有相当高的强度，都不能导电 【答案】C 【解析】A．太阳能电池板的核心材料是单质硅，故A错误；B．氮化硅属于新型无机非金属材料，故B错误；C．石墨烯的独特性质使其在5G手机中作为导热膜时，能够有效地传导热量，帮助散热，属于新型无机非金属材料，故C正确；D．石墨烯具有良好的导电性能，故D错误；答案选C。 1．近年来我国航空航天事业发展迅速，下列说法正确的是 A．“玉兔二号”月球车首次实现在月球背面着陆，其太阳能电池的材料是二氧化硅 B．“京沪干线”项目实现了光纤量子通信，生产光纤的原料为晶体硅 C．“神舟十七号”航天员使用的碳纤维材料操纵棒属于传统无机非金属材料 D．“嫦娥五号”使用的碳化硅陶瓷属于新型无机非金属材料 【答案】D 【解析】A．“玉兔二号”月球车首次实现在月球背面着陆，其太阳能电池的材料是晶体硅，A错误；B．光纤的主要成分为二氧化硅，B错误；C．“神舟十七号”航天员使用的碳纤维材料操纵棒属于新型的无机非金属材料，C错误；D．碳化硅陶瓷为耐高温陶瓷，属于新型无机非金属材料，D正确；答案选D。 2．材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列有关说法正确的是 A．太阳能电池板广泛应用在航天器上，其主要成份是二氧化硅 B．石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥都是新型硅酸盐材料 C．半导体行业中有一句话：“从沙滩到用户”，计算机芯片的主要成份是晶体硅 D．中国航天飞船外壳用到的是特种镁合金，属于新型无机非金属材料 【答案】C 【解析】A．晶体硅是良好的半导体材料，常用于制作太阳能电池板，不是二氧化硅，故A错误；B．水泥是传统硅酸盐材料，不是新型硅酸盐材料，故B错误；C．晶体硅是良好的半导体材料，是芯片的主要成分，C正确；D．特种镁合金是合金，不是无机非金属材料，故D错误；本题选C。 3．材料是人类赖以生存和发展的物质基础，而无机非金属材料在各个领域都扮演着重要的角色。下列说法错误的是 A．高纯度硅可用于制作手机芯片 B．光导纤维的主要成分是二氧化硅 C．普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂 D．“天问一号”探测器上使用的新型增强铝基复合材料属于新型硅酸盐材料 【答案】D 【解析】A．硅为良好的半导体，可用于制造手机芯片，故A正确；B．二氧化硅具有良好的导光性，可用于制造光导纤维，故B正确；C．普通玻璃的成分为硅酸钠、硅酸钙等，制造普通玻璃的主要原料是：纯碱、石灰石和石英砂，主要发生反应：SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑，故C正确；D．SiC属于新型陶瓷，不属于新型硅酸盐材料，故D错误；故选D。 4．化学与人类生产、生活、社会可持续发展等密切相关。下列说法错误的是 A．水泥、玻璃、陶瓷是三大传统硅酸盐产品 B．千家万户通光纤，光纤的主要材质为 C．华为首款手机芯片的主要成分是 D．中国空间站使用的太阳能电池帆板的主要成分是 【答案】C 【解析】A．水泥、玻璃、陶瓷均为硅酸盐制品，是三大传统硅酸盐产品，A正确；B．二氧化硅具有对光良好的全反射作用，光纤通信使用的光缆主要成分是SiO2，B正确；C．Si为常见的半导体材料，手机芯片主要成分硅单质，C错误；D．太阳帆板的基本原理是利用硅（Si）和某些金属的光电效应，主要成分是Si，D正确；故选C。 5．材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列说法正确的是 A．“北斗导航”系统应用一体化芯片手机，芯片成分为 B．“天宫二号”空间实验室的硅电池板将光能直接转换为电能 C．C919大飞机采用的材料中使用了高温陶瓷材料氮化硅，氮化硅属于硅酸盐 D．用于北京冬奥会礼仪服智能发热的石墨烯属于无机非金属化合物 【答案】B 【解析】A．硅是良好的半导体，芯片主要成分为Si，A项错误；B．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换为电能，B项正确；C．氮化硅具有耐高温，硬度大等特点，属于新型无机非金属材料，不属于硅酸盐，C项错误；D．石墨烯为碳单质，不属于化合物，D项错误；答案选B。 6．下列有关材料的说法，错误的是 A．华为首款5G手机搭载了智能7nm制程SoC“麒麟980”手机芯片的主要成分是硅单质 B．碳化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，氮化硅具有耐高温、耐磨等特点是良好的高温结构材料和耐高温半导体材料 C．普通玻璃的主要成分是、、，制造水泥的主要原料是石灰石、黏土和二氧化硅 D．2022年北京冬奥会展示的智能服饰含有石墨烯，石墨烯与金刚石互为同素异形体 【答案】C 【解析】A．芯片的主要成分是半导体材料硅单质，A正确；B．氮化硅属于新型无机非金属材料，具有耐高温、耐磨等特点，B正确；C．水泥的原料为黏土，石灰石以及石膏，C错误；D．石墨烯与金刚石是由碳元素组成的性质不同的单质，互为同素异形体，D正确；答案选C。 7．材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列有关物质的说法正确的是 A．碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是新型无机非金属材料 B．晶体硅的主要用途是制造光导纤维 C．陶瓷是以黏土为原料制成的 D．普通玻璃的主要成分为纯碱、石灰石、石英砂 【答案】C 【解析】A．碳化硅陶瓷、石墨烯都是新型无机非金属材料，水泥是传统无机非金属材料，故A错误；B．晶体硅主要用于制造半导体和芯片，光导纤维的主要成分是二氧化硅，故B错误；C．陶瓷是以黏土为原料制成的传统的硅酸盐产品，故C正确；D．生成玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂，普通玻璃的主要成分为硅酸盐和二氧化硅，故D错误；答案选C。 8.传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如陶瓷、玻璃和水泥等；随着科学技术的发展，一系列新型无机非金属材料相继问世，其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料；还有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。完成下列小题。 （1）用石英砂制粗硅的反应为：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，下列说法正确的是 A．CO在反应中是还原产物 B．SiO2、CO均为酸性氧化物 C．14C原子中的电子数为8 D．该反应每生成28 g硅，转移4 mol电子 （2）下列物质性质与用途具有对应关系的是 A．晶体硅熔点高，可用于制作半导体材料 B．SiO2硬度大，可用于制作光导纤维 C．碳化硅硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料 D．硅酸钠耐热性好，它的水溶液常用作黏合剂 （3）下列选项所示的物质间转化不能实现的是 A．SiO2H2SiO3 B．SiO2Na2SiO3 C．H2SiO3Na2SiO3 D．Na2SiO3溶液H2SiO3 【答案】（1）D （2）C（3）A 【解析】（1）A．CO由C单质化合价升高得到，为氧化产物，故A错误；B．CO为不成盐氧化物，故B错误；C．C为6号元素，核外电子数为6，故C错误；D．由反应可知，每生成1molSi即28g，转移4mol电子，故D正确；故选D。 （2）A．晶体硅是良好的半导体，常用于制作半导体材料，与熔点高无关，A错误；B．二氧化硅具有良好的导光性能，常用于制作光导纤维，与硬度大无关，B错误；C．碳化硅是硬度大的新型无机非金属材料，常用作砂纸、砂轮的磨料，C正确；D．硅酸钠溶液具有良好的粘结性，常用作黏合剂，与耐热性好无关，D错误；故选C。 （3）A．SiO2不溶于水，不与水反应，不能实现，故A符合；B．SiO2与NaOH反应的方程式为：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，故B不符合；C．H2SiO3可以与NaOH反应，反应的方程式为：H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O，故C不符合；D．Na2SiO3与CO2反应的方程式为：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3，故D不符合；故选A。 1．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是 A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件 B．石墨烯是优良的新型材料可用作动力电池和超轻海绵 C．碳化硅具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料 D．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成计算机通讯设备的芯片 【答案】D 【解析】A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机部件，其化学式为Si3N4，故A正确；B．石墨烯材料是新型无机非金属材料，故B正确；C．碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化，高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维，属于新型无机非金属材料，故C正确；D．硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，利用硅的半导体性能可以制成计算机芯片和太阳能电池，故D错误；故答案选D。 2．下列关于无机非金属材料的说法中，不正确的是 A．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面 B．太阳能发电板的主要材料是 C．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料 D．氧化铝陶瓷、碳纳米管、光导纤维均属于新型无机非金属材料 【答案】B 【解析】A．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，A正确；B．太阳能发电板的主要材料是半导体材料单质，B错误；C．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料，C正确；D．氧化铝陶瓷、碳纳米管、光导纤维均属于新型无机非金属材料，D正确；故选B。 3．下列说法错误的是 A．水泥生产过程中加入适量石膏可调节水泥的硬化速率 B．普通玻璃的主要成分为、和 C．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 D．硅是应用最为广泛的半导体材料，可用来生产光导纤维 【答案】D 【解析】A．水泥具有水硬性，水泥生产过程中加入适量石膏可调节水泥的硬化速率，A正确；B．普通玻璃是传统无机非金属材料，主要成分为、和，B正确；C．陶瓷是以黏土为主要原料经高温烧结而成，属于具有耐高温、耐腐蚀特性的传统无机非金属材料，C正确；D．SiO2可用来生产光导纤维，是半导体材料，D错误；故选D。 4．绚丽精美的甘肃远古彩陶，是黄河文明序章中最辉煌的部分。如图所示为现藏于甘肃省博物馆的人头形器口彩陶瓶。下列说法正确的是 A．烧制彩陶的主要原料为黏土 B．彩陶属于新型无机非金属材料 C．陶瓷不耐酸碱侵蚀，易被氧化 D．高温烧制彩陶的过程中未发生化学变化 【答案】A 【解析】A．彩陶属于传统无机非金属材料，主要成分为硅酸盐和二氧化硅，其主要原料为黏土，故A正确；B．彩陶主要成分为硅酸盐和二氧化硅，属于传统无机非金属材料，故B错误；C．彩陶主要成分为硅酸盐和二氧化硅，硅酸盐材料的化学性质不活泼，具有耐酸碱腐蚀，抗氧化等优点，故C错误；D．高温烧制彩陶的过程二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠，发生化学变化，故D错误；故答案选A。 5．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是 A．碳化硅(SiC)俗称金刚砂，类似金刚石结构，熔沸点较低 B．普通玻璃的主要成分为纯碱、石灰石、石英砂 C．晶体硅具有半导体性质，可用于生产计算机芯片 D．石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是新型无机非金属材料 【答案】C 【解析】A．碳化硅(SiC)俗称金刚砂，类似金刚石结构，属于共价晶体，原子之间以强烈的共价键结合，结合力强，断裂需消耗很高能量，因而其熔沸点较高，A错误；B．制取普通玻璃的主要原料为纯碱、石灰石、石英砂，制取得到的玻璃成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅，B错误；C．Si在元素周期表中位于金属与非金属交界处，其导电性介于导体与绝缘体之间，因此晶体硅具有半导体性质，可用于生产计算机芯片，C正确；D．石英玻璃、水泥都是传统无机非金属材料，而碳化硅陶瓷、石墨烯则都是新型无机非金属材料，D错误；故合理选项是C。 6．材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法正确的是 A．碳化硅属于新型陶瓷，可用作耐高温半导体材料 B．生产水泥的原料是纯碱、石灰石、石英砂 C．高考涂答题卡用的铅笔芯的主要成分是铅 D．光伏电站使用的太阳能电池和通信工程使用的光导纤维的主要成分都是二氧化硅 【答案】A 【解析】A．SiC熔沸点高，硬度大，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料，故A正确；B．生产水泥的主要原料是黏土、石灰石，在水泥回转窑中反应生成水泥，生产玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，故B错误；C．石墨质软，能在纸上留下灰黑色痕迹，是制作铅笔芯的常用材料，故C错误；D．硅是良好的半导体材料，太阳能光电池成分为晶体硅，不是二氧化硅，故D错误；故选A。 7．下列用品中不属于新型无机非金属材料的是 A．压电陶瓷 B．钢化玻璃 C．富勒烯 D．结构陶瓷 【答案】B 【解析】A．压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于新型无机非金属材料，故A正确；B．钢化玻璃属于传统无机非金属材料，故B错误；C．‌富勒烯是一种由碳组成的分子，属于新型无机非金属材料，故C正确；D．结构陶瓷具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高硬度、高强度，属于新型无机非金属材料，故D正确；答案选B。 8．无机非金属材料与人类社会的发展与进步息息相关，硅元素更是无机非金属材料的主角，地壳质量的90%以上是二氧化硅和硅酸盐。回答下列问题： （1）硅元素在元素周期中的位置 。 （2）硅酸盐材料是传统无机非金属材料，下列产品属于硅酸盐的是 (填序号)。 ①玻璃；②陶瓷；③石英玻璃；④硅芯片；⑤光导纤维；⑥水泥；⑦砖瓦 （3）盛装碱液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是请用离子方程式来解释原因 。 （4）实验室制取硅酸的方法是向硅酸钠溶液中加入稀盐酸，化学方程式为 。 （5）制备陶瓷和普通水泥都需要以黏土为原料，黏土的主要成分是铝硅酸盐。某种黏土的主要成分为Al2Si2O5(OH)4，将其表示为氧化物的形式为aAl2O3·bSiO2·cH2O，则a：b：c= 。 【答案】（1）第三周期第ⅣA族 （2）①②⑥⑦ （3）SiO2 + 2OH- = + H2O （4）Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓ （5）1：2：2 【解析】（1）硅是第14号元素，因此硅元素在元素周期中的位置为第三周期第ⅣA族，故答案为：第三周期第ⅣA族。 （2）①玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅； ②陶瓷的成分是硅酸盐； ③石英玻璃的成分是二氧化硅； ④硅芯片的成分是单质硅； ⑤光导纤维的成分是二氧化硅； ⑥水泥的成分是硅酸盐； ⑦砖瓦的成分是硅酸盐；选①②⑥⑦，故答案为：①②⑥⑦。 （3）盛装碱液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因：SiO2 + 2OH- = + H2O，故答案为：SiO2 + 2OH- = + H2O。 （4）稀盐酸和硅酸钠溶液制得硅酸和氯化钠，属于强酸制弱酸的反应，反应为：Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓，故答案为：Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓。 （5）某种黏土的主要成分为Al2Si2O5(OH)4，将其表示为氧化物的形式为Al2O3·2SiO2·2H2O，则a：b：c=1：2：2，故答案为：1：2：2。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$