专题03 无机非金属 知识整合 -2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修第二册

无机非金属材料 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 二氧化硅晶体是原子晶体，基本结构单元是硅氧四面体，氧原子与硅原子个数比为2：1。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。 用SiO2来表示二氧化硅的组成，表示O与Si的原子个数比，不是分子式是化学式 思考：二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键的比为1：4，即1mol SiO2晶体中约含4NA个Si—O共价键 （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）SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑ 俗称泡花碱：白色固体，有很强的黏合性；硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃；是一种矿物胶，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：SiO＋2H＋ === H2SiO3↓ 二氧化硅是硅酸的酸酐，但二氧化硅难溶于水，又不与水反应，故实验室用可溶性硅酸盐与其他酸反应制备 实验步骤：将碳酸滴入Na2SiO3溶液中即可，但碳酸不稳定，易分解为CO2，故只需要将CO2通入Na2SiO3溶液中，所需要的二氧化碳通过实验制取：反应的离子方程式：SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓(胶体)＋CO 实验现象：透明的硅酸凝胶生成 实验结论：酸性强弱：(酸性： HCl > H2CO3 > H2SiO3) 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 （1）硅的存在 ① 晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，熔、沸点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 ② 硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在； （2）硅的性质 常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、强碱（NaOH）溶液、HF（氢氟酸）反应 Si+2F2 = SiF4 Si+4HF = SiF4↑+2H2↑ Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑ 注意：SiO2不是两性氧化物：二氧化硅和其他酸不反应，只能与HF酸反应，且生成的SiF4不是盐 在加热和高温情况下，硅也能跟一些非金属反应：O2、Cl2、C等 Si+O2 = SiO2 Si+C= SiC Si+2Cl2 = SiCl4 （3）工业制备高纯硅的原理 ① SiO2＋2CSi＋2CO↑； ② Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③ SiHCl3＋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。 （4）二氧化硅的性质 SiO2广泛存在于自然界中，SiO2的存在形式有无定形和结晶形两大类，通称硅石；纯净的SiO2又称水晶；玛瑙、沙子、石英的主要成分就是二氧化硅。 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； SiO2＋CaO===CaSiO3 ③ 具有氧化性：SiO2＋2CSi＋2CO↑； ④ 特性：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 问题一：实验室中如何保存氢氟酸？ 氢氟酸可较快腐蚀玻璃，可用氢氟酸刻蚀玻璃；不能用玻璃瓶保存氢氟酸而应用塑料瓶。 问题二：实验室中盛放碱液的试剂瓶与盛放其它溶液的试剂瓶有何不同？ NaOH溶液能与磨口玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH、Na2CO3等碱性溶液的玻璃试剂瓶应用橡皮塞或软木塞，而不用磨口玻璃塞。 2.新型陶瓷 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。 三、硅酸 H2SiO3：白色胶状固体，不溶于水 (唯一难溶性酸) ① 不稳定性：受热易分解：H2SiO3 == SiO2 + H2O ② 弱酸性：酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊溶液变红 Na2SiO3＋2HCl == H2SiO3↓＋2NaCl 学科网（北京）股份有限公司 $$