5.3 无机非金属材料 讲义 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册
Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海
无机非金属材料
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．常见的硅酸盐材料
项目 | 陶瓷 | 普通玻璃 | 普通水泥 |
原料 | 黏土 | 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) | 主要原料：石灰石、黏土 辅料：适量的石膏 |
设备 | 陶瓷窑 | 玻璃窑 | 水泥回转窑 |
主要成分 | 含水的铝硅酸盐 | 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) | — |
性能 | 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 | 透光性好、硬度大、无固定熔点 | 遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定 |
用途 | 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 | 用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维等 | 大量用于建筑和水利工程 |
【特别提醒】
1.普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，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（Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑）
2.在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)：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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
【课堂小练1】
1．(2023·日照高一月考)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，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
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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
二、硅及其化合物
1．硅
(1)硅的性质
硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置。其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的半导体材料。
化学性质 | |
常温 | ①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4 ②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ ③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ |
高温 | ①与O2反应：Si＋O2 ②与Cl2反应：Si＋2Cl2 ③与C反应：Si＋C |
(2)硅的制取
单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段
①用碳还原二氧化硅制备粗硅 | SiO2＋2C |
②将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅 | Si(粗)＋2Cl2 SiCl4＋2H2 |
【特别提醒】 ①粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2 ②粗硅中含碳等杂质，与氯气反应生成的SiCl4中也含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度的硅 | |
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工业制备高纯硅的原理
工业制备高纯硅的原理示意图 | 涉及的主要化学反应 |
| ①SiO2＋2C ②Si＋3HCl ③SiHCl3＋H2 |
2．二氧化硅
物理性质 | SiO2不溶于水，熔点高，硬度大 |
结构特点 | SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。在SiO2晶体中，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的
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化学性质 |
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用途 | ①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品。 ②SiO2是制光导纤维的重要原料。 ③较纯的石英用于制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。 ④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料。 |
【特别提醒】 ①由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，因为SiO2与碱溶液 | |
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