5.3无机非金属材料 知识清单-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

必修二核心知识清单 填空版 第五章第三节无机非金属材料 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 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： ，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概念：硅酸盐是由硅、氧和金属等元素组成的化合物的总称。 ②结构：在硅酸盐中，Si和O构成了 。每个Si结合 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，二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为 ，二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键的比为 ，即1mol SiO2晶体中约含 个Si—O共价键。 ③特性：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。 ④硅酸盐组成表示方法：通常用 和 的组合形式表示其组成。 例如：硅酸钠(Na2SiO3)： ，长石(KAlSi3O8)： ， 钠长石(NaAlSi3O8) (出现分数时，化为整数） （2） 常见的硅酸盐材料 硅酸盐产品 原料 反应原理 主要设备 主要成分 陶瓷 发生复杂的物理和化学变化（不作要求） 玻璃 水泥 发生复杂的物理和化学变化（不作要求） 二、高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅 1．硅的存在、结构 存在 原子结构 示意图 周期表中位置 含量 存在形态 Si导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料 2．高纯硅的制备 （1）流程 （2）反应 ① ② ③ 3．硅和二氧化硅的用途 （1）单质硅 ①信息技术：单质硅是应用最为广泛的 ，如硅晶片是生产 的基础材料。 ②新能源技术： 电池 （2）二氧化硅：用于生产 。 问题思考： （1） 工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？ （2）根据反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑，能否证明硅酸的酸性比碳酸强？若不能，又该如何证明？思考饱和碳酸氢钠溶液的作用？ （3）实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ ①NaOH溶液能与玻璃中的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溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用 塞。 ②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。 （4）碳和硅原子结构相似，为什么SiO2和CO2的物理性质差别很大？ SiO2和CO2的物理性质差别很大的原因： 4．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，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料等。 （4）常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 5．碳纳米材料 （1） ：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） ：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） ：只有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，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。 必修二核心知识清单 填空版 第五章第三节无机非金属材料 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概念：硅酸盐是由硅、氧和金属等元素组成的化合物的总称。 ②结构：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。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，二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为1:2 ，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特性：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。 ④硅酸盐组成表示方法：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。 例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2钠长石(NaAlSi3O8)Na2O·Al2O3·6SiO2 （2）常见的硅酸盐材料 硅酸盐产品 原料 反应原理 主要设备 主要成分 陶瓷 黏土 发生复杂的物理和化学变化（不作要求） Al2O3·2SiO2·2H2O 玻璃 纯碱、石灰石、石英砂 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 水泥 石灰石、黏土 发生复杂的物理和化学变化（不作要求） 水泥回转窑 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 二、高纯度含硅元素的材料——硅和二氧化硅 1．硅的存在、结构 存在 原子结构 示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 氧化物和硅酸盐 第三周期、第ⅣA族 2．高纯硅的制备 （1）流程 （2）反应 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 ①信息技术：单质硅是应用最为广泛的半导体材料，如硅晶片是生产芯片的基础材料。 ②新能源技术： 硅太阳能电池 （2）二氧化硅：用于生产光导纤维 。 问题思考： (1)工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？ 氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况（如溶液）下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。（这个反应的具体原理，将会在选择性必修一学习。） (2)根据反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑，能否证明硅酸的酸性比碳酸强？若不能，又该如何证明？思考饱和碳酸氢钠溶液的作用？ ①不能。因该反应不是在溶液中进行，所以不能证明硅酸的酸性强于碳酸的酸性。 ②可以利用下图装置和方法来证明硅酸和碳酸酸性的强弱： 化学方程式：Na2SiO3 + CO2+H2O = H2SiO3(胶体)+ 2NaCl 饱和碳酸氢钠溶液的作用：除去CO2中的HCl （3）实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ ①NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3：SiO2＋2NaOH =Na2SiO3＋H2O，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溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 ②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。 （4）碳和硅原子结构相似，为什么SiO2和CO2的物理性质差别很大？ SiO2和CO2的物理性质差别很大的原因：SiO2是立体网状结构的晶体，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子结合成的分子，微粒间的作用力远小于SiO2。 4．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，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料等。 （4）常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 5．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，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。 1 学科网（北京）股份有限公司 $