第5章 第3节 无机非金属材料-【优学精讲】2024-2025学年高中化学必修第二册教用Word（人教版）

第三节　无机非金属材料

 

分点突破（一）　传统无机非金属材料——硅酸盐材料

1.无机非金属材料

（1）组成元素：多含有　硅　、　氧　等元素。

（2）分类：　传统　无机非金属材料、　新型　无机非金属材料。

（3）性能：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。

（4）应用领域：日常生活应用、航空、航天、　信息　和　新能源　等领域。

2.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、氧和金属等元素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

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧　四面体　，其结构如图所示。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。

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

1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是（　　）

A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷

B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅

C.陶瓷的主要原料是黏土

D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料

解析：B　普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。

2.《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”“浇水转釉（主要为青色），与造砖同法”。下列说法错误的是（　　）

A.“燃薪举火”使黏土发生了复杂的物理化学变化

B.黏土的主要成分为含水的铝硅酸盐

C.烧制后自然冷却成青瓦，浇水冷却成红瓦

D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料

解析：C　由题意，烧制后浇水冷却成青瓦，C项错误。

分点突破（二）　新型无机非金属材料

1.高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅

（1）硅元素的存在、结构

（2）高纯硅的制备

其中涉及的主要化学反应为：

①　SiO2＋2CSi＋2CO↑　

②　Si＋3HClSiHCl3＋H2　

③　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　

（3）硅和二氧化硅的用途

①单质硅是应用最为广泛的　半导体　材料。

高纯硅广泛用于信息技术（如硅晶片是生产　芯片　的基础材料）和新能源技术（如　硅太阳　能电池）等领域。

②SiO2用于生产　光导纤维　。

2.新型陶瓷

（1）组成：不再限于传统的硅酸盐体系。

（2）特性和功能：在　光学　、　热学　、　电学　、磁学等方面具有很多新的特性和功能。

（3）碳化硅（SiC）俗称　金刚砂　，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。

（4）常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。

3.碳纳米材料

（1）富勒烯：由　碳原子　构成的一系列笼形分子的总称，如　C60　，可以制碳纳米材料。

（2）碳纳米管：可以看成是由　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。

（3）石墨烯：　只有一个碳原子直径　厚度的单层石墨，其电阻率　低　、热导率　高　，具有很高的强度，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在不断深入。