第5章 第3节 无机非金属材料-【一本】高中化学知识大盘点

第三节 无机非金属材料5阵28考 必备知识 知识点1硅及其化合物 硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，在地壳中 身知识拓展 必 的含量仅次于氧，位于第二位。硅元素位于第三周期第ⅣA 硅有晶体硅和无定形硅 族，硅原子的最外电子层有4个电子。 (aSi)两种同素异形体。 修第二册 1.硅(Si) 晶体硅是由硅原子构成 的，不存在分子。晶体 (1)物理性质：灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。 硅中硅原子与相连的4 (2)化学性质◆重点 五章 个硅原子形成正四面体 硅既不易得电子也不易失电子，具有稳定性。 结构，多个硅原子相连 化工生 ①常温下，只与F2、HF(氢氟酸)、强碱（如NaOH)溶液反应。 形成空间网状结构 a.与F2反应：Si十2F2—SiF4。 Q 109.5 b.与氢氟酸反应：Si十4HF-SiF4个十2H2个 c.与NaOH溶液反应：Si+2NaOH+H2O一Na2SiO3+ 2H2个。 中的重要非金属元素 ②加热或高温时，可与部分非金属反应。 a.与0，反应：Si十0，△Si02。 ◆易混易错 b.与Cl2反应：Si+2Cl2△SiCL。 ①用焦炭还原SiO2,产 C与C反应：Si十C高温SC。碳化硅，俗稀金刑砂 物是C0而不是CO2。 ②粗硅中含碳等杂质， (3)制备方法 高纯硅的制备 与Cl2反应生成的SiCL4 ①流程 中含有CCL4等杂质，经 石英砂 1800-2000℃ 粗硅 300℃ SiHCI 1100℃ 高纯硅 过分馏提纯SiCL4后，再 a b C 焦炭 HCI H2 用H2还原，可得到高 ②相关反应 纯度硅。 a.SiO2++2C 1800~2000℃ ③SiHCIa遇水剧烈反 Si++2CO 应，制备高纯硅的过程 b.Si+3HCI 300℃SiHCl+H, 中必须严格控制无水 c.SiHCl+H21100CSi+3HCI 无氧。 (4)高纯硅的主要用途 ①制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片。 ②制成光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 。109e 2.二氧化硅(Si02) ◆易混易错 (1)存在与组成：二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙（含杂 SiO2是H2SiO3的酸酐， 质的石英)等中。SiO2是由Si和O按原子个数比1：2直接 但SiO2不与水反应，不 构成的。 能用SiO2直接与水作用 制备H2SiO。 (2)物理性质：硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水。 ® 必 (3)化学性质 学以致用 重点 ①（广东卷节选）千家万 与水混合 不反应 户通光纤，光纤的主要 只与氢氟酸反应：SiO2十4HF一SiF4个十2H0 材质为Si。(X) 与酸反应 第 HF不能盛放在玻璃瓶中，应存放在塑料瓶中 ②（浙江卷节选）晶体硅 章 如与NaOH反应：SiO2+2NaOH一Na SiO3+HQ 的导电性介于导体和绝 与碱反应 化 缘体之间，常用于制造 盛碱液的试剂瓶用橡胶塞 生 光导纤维。(×) 如与Na2CO3反应：SiO2十Naz CO 高温NazSiO,十 与盐反应 中 ③SiO2能与酸反应，所 CO2↑ 以SiO2是碱性氧化物。 与碱性氧 重 (×) 如与Ca0反应：Ca0+Si0,高温caSi0, 化物反应 金 ◆知识拓展 硅胶全称“硅酸凝胶”，化 (4)用途 重点 素 学式为xSiO2·yHO,吸 制造光导纤维、光学仪器等。 附性强。浓度较大的硅 3.硅酸 酸盐溶液加酸后直接形 成硅酸胶冻，脱水后得硅 溶解性 难溶于水 酸凝胶。 弱酸性 酸性此碳酸的还弱：不能使指示剂变色 ◆知识拓展 Na2SiO3+CO2+H2O-NazCO3+H2SiO,+ 可溶性碳酸盐、硅酸盐 不稳定性 HSi0,△Si0+H,0 的水溶液呈碱性，保存 此类溶液的试剂瓶不能 制备 由可溶性硅酸盐与盐酸等反应制得： Na,SiO,+2HCI=2NaCl+H,SiO 用玻璃塞，应用橡胶塞。 硅胶可用作催化剂的载体和袋装食品、瓶装 ◆知识拓展 用途 药品等的干燥剂 Na2SiO3的水溶液俗称水 4.硅酸盐 玻璃（混合物），具有黏 结力强、耐高温等特性， (1)结构与性质：在硅酸盐中，S和O构成 常用作黏合剂和防火 了硅氧四面体。每个Si结合4个O,Si在 剂。Na2SiO易与空气 中心，O在四面体的4个顶角。大多数硅酸 中的CO2和HO反应， 盐材料硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质 要密封保存。 稳定、耐腐蚀等。 。110 (2)硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形 式表示硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O· SiO2,钾长石(KA1SiOs)可表示为KO·A2O3·6SiO2。 知识点2无机非金属材料 1.传统无机非金属材料 边特别提醒 制造玻璃时发生反应 (1)常见的传统硅酸盐材料 材料 普通水泥 普通玻璃 普通陶瓷 NaC0,+SiO,高温 Na2SiO3+CO2个，但该 纯碱、石灰石、石英 主要原料 石灰石、黏土 黏土 修第二册 (主要成分SiO2) 反应不能说明H2SiO3 2Ca0·SiO2、3CaO· Na2SiO3、CaSiO、 的酸性比H2CO3的强， 主要成分 SiO2、3CaO·AlO3等 SiO2 因为该反应在高温、非 五章 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 水体系中进行，且生成 的产物是C02气体，可 (2)玻璃生产中的两个重要反应： 化工 以脱离反应体系。 Na,C0,十S0,商温Na-SiO,十C0,+; 产 CaC0,十Si0,商温CaSi0,+C0,个. 2.新型无机非金属材料 材料类别 主要特性 用途 ◆生活应用 的重要非金属元素 导电性介于导体和制作芯片、太阳能电 水泥与适量的水混合后 晶体硅 绝缘体之间 池等 反应，形成相互交联的结 二氧化硅 折射率高、透明度好 生产光导纤维等 构，化学方程式如下： 用于火箭发动机、汽车 2 Ca SiO5(可写为3Ca0· 耐高温、抗氧化、耐 高温结构陶瓷 发动机和高温电极材 SiO2)+6H2O 磨蚀 料等 3CaO·2SiO2·3H2O+ 压电陶瓷（钛酸能实现机械能与电 用于滤波器、扬声器、超 3Ca(OH)2(放热)。所 新 盐和锆酸盐等) 能的转化 声波探伤和点火器等 以使用时需要避免交联 型 透明陶瓷（氧化优异的光学性能， 用于高压钠灯、激光 过程中产生的热膨胀和 瓷 铝、氟化钙等) 耐高温，绝缘性好 器、高温探测窗等 水蒸气在建筑结构中造 用于电力、交通、医疗等 超导陶瓷 超导性 成空隙。我国三峡大坝 领域 的建设者在全世界首创 作人造骨骼、人造关 生物陶瓷 生物相容性 了以冰代水的浇灌方 节、接骨螺钉等 法，有效解决了这一问 比表面积大、强度 生产复合材料、电池和 碳纳米管 题。 纳米材料 高、电学性能优良 传感器等 电阻率低、热导率 生产光电器件、超级电 石墨烯 高，强度高 容器、电池和复合材料 。111 盘 高频考点 考点1 硅的性质及制备 5年6考 应充分去除水和氧气，C正确。第二步反应 例1（湖北卷改编）工业制备高纯硅 中HCI是反应物、H2是生成物，第三步反应 的主要过程如下： 中H2是反应物、HCI是生成物，故HCl和 焦炭 HCI 修第二册 石英砂 1800~2000℃ 粗硅 300℃ SiHCl3 H2可以循环利用，D正确。故选A。 H2 1100℃高纯硅 考点2硅酸盐的应用 5年16考 第 下列说法错误的是 ( 例2（河北卷）定窑是宋代五大名窑 化 A.制备粗硅的反应化学方程式为 之一，其生产的白瓷闻名于世。下 产 Si02+C1800~2000℃ 列说法正确的是 -CO2+Si B.涉及的三个反应均为置换反应 A.传统陶瓷是典型的绝缘材料 的重要非金属元素 C.原料气HC和H2应充分去除水和氧气 B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO D.HCI和H2可以循环利用 C.陶瓷的烧制过程为物理变化 解析SO2和C在高温下发生反应生成Si和 D.白瓷的白色是铁含量较高所致 CO,因此，制备粗硅的反应化学方程式为SiO2十 解析陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典 2C180-200℃S十200+，A错误。三个 型的绝缘材料，A正确；陶瓷的主要成分为 1800~2000℃ 反应分别为SiO,+2C 硅酸盐，而不是SiO2和MgO,B错误；陶瓷 2CO+Si,Si+3HCI 300C+SiHCh, 的烧制过程发生的是复杂的化学反应，有新 H十sHC61100℃S十3HC,均为置换反 物质生成，属于化学变化，C错误；由于 应，B正确。Si易与氧气反应，SiHCl易发生 Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷 水解；H2在高温下遇到氧气能发生反应生成 中含铁量越高，陶瓷的颜色越深，白瓷呈白色 水，且H2易燃易爆，因此，原料气HCl和H2 说明铁含量较低甚至不含，D错误。故选A。 ●1129