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

初高中化学聂老师 电话：13384730903 必修二 第五章 第三节 无机非金属材料 初高中化学聂老师 知识点总结 必修2第五章第三节 ( 1 )无机非金属材料 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：硅酸盐材料 传统无机非金属材料主要是指玻璃、水泥和陶瓷等硅酸盐产品。在这里我们对比介绍一下玻璃、水泥： 硅酸盐产品 水泥 玻璃 主要原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 设备 水泥回转窑 玻璃熔炉 反应原理 发生复杂的物理变化和化学变化 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ 主要成分 硅酸三钙：3CaO·SiO2 硅酸二钙：2CaO·SiO2 铝酸三钙：3CaO·Al2O3 CaSiO3·Na2SiO3·4SiO2或Na2O·CaO·6SiO2 主要性质 具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后易凝固变硬 硬而脆，受热时在一定温度范围内逐渐软化，没有一定的熔点，故为玻璃态物质，不易被酸腐蚀（HF除外） 特性 水硬性 无固定熔点 混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。 知识点二：新型无机非金属材料 1、 硅 硅分布广，仅次于氧，占地壳总质量的26.3%。硅无游离态（单质），以化合态（硅石和硅酸盐）存在于地壳的各种矿石和岩石中。 （1）结构：与金刚石结构相似，为正四面体型晶体。 （2）物理性质：晶体硅是灰黑色的、具有金属光泽的固体；硬而脆；熔点高；纯硅不导电，含少量杂质的硅导电，故硅是良好的半导体。 （3）化学性质 硅原子最外层有4个电子，得、失电子都较难，化学性质不活泼。 a、常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质反应，如强酸和强氧化剂。 Si＋2F2 = SiF4 Si＋4HF = SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH +H2O= Na2SiO3＋2H2↑ b、加热时，硅能与一些非金属反应。 Si＋O2 SiO2 Si＋2Cl2 SiCl4 c、硅在高温下才能与氢气反应，且SiH4不稳定，在空气中能自燃。 d、硅能与某些金属反应生成硅化物。 e、硅与FeO反应（作还原剂） Si＋2FeO2Fe＋SiO2（硅具有还原性） （4）硅的制取 工业上用SiO2和C在电炉里反应制取硅： SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑ 工业上用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。制高纯硅反应： Si（粗）＋2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si（纯）+4HCl （5）硅的用途 硅的用途广泛。晶体硅可以用来制造晶体管、光电池，同时硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心。 2、二氧化硅 天然二氧化硅俗名硅石，其存在形态有结晶形和无定形两大类。结晶形的称为石英，其中无色透明的为水晶，具有彩色环带状或层状的为玛瑙；无定形的二氧化硅主要存在于硅藻土中。 （1） 结构：二氧化硅晶体的基本结构是以硅原子为中心，O在4个顶点上的正四面体，而这些正四面体又通过O原子相连，其Si与O原子个数比为1:2的立体网状结构，如图 注意：晶体硅与金刚石相似，正四面体结构；二氧化硅晶体的结构可以看成硅晶体中硅与硅原子间嵌入氧原子而形成。 （2） 物理性质：纯净的二氧化硅晶体无色透明、硬度大、熔点高、不溶于水。 （3） 化学性质： ①二氧化硅在通常情况下十分稳定，除氢氟酸（HF）外，不与其他酸反应。 SiO2＋4HF = SiF4↑＋2H2O（刻蚀玻璃） ②二氧化硅具有弱氧化性。在高温下，能与碳反应。SiO2＋2CSi＋2CO↑ ③二氧化硅是酸性氧化物（酸酐），能与强碱溶液、碱性氧化物反应，但不与水反应。 SiO2＋2NaOH = Na2SiO3＋H2O SiO2＋CaOCaSiO3 ④与盐的反应 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ （4） 用途：水晶可制造电子工业的重要部件，光学仪器和工艺品。SiO2可制光导纤维。纯石英可制石英玻璃，用来制造耐高温的化学仪器。石英砂作玻璃原料和建筑材料。 注意：①由于氢氟酸可与玻璃中的二氧化硅发生反应，所以不用玻璃试剂瓶盛装氢氟酸，盛装氢氟酸一般用塑料瓶（配塑料塞）。 ②强碱溶液也可以与二氧化硅发生反应，玻璃试剂瓶盛装强碱溶液时，一般用橡胶塞，不能用玻璃塞。原因是玻璃试剂瓶内表面光滑而致密，难与强碱溶液反应，而玻璃塞处经磨砂处理，二氧化硅充分暴露，易与玻璃中的二氧化硅发生反应而导致粘结。 （5）光导纤维 比发丝细、能传导光信号的玻璃丝叫做光导纤维。简称光纤。制造光纤的材料就是二氧化硅。用光导纤维束可制作传导光能力非常强的光缆。 3、硅酸 （1） 硅酸的组成 二氧化硅对应的水化物是硅酸，二氧化硅是硅酸的酸酐。硅酸的组成和结构都比较复杂，可用通式表示为：xSiO2·yH2O。当x=1，y=1，为H2SiO3（硅酸）；当x=1，y=2，为H4SiO4（原硅酸）；当x=2，y=1，为H2Si2O5（二硅酸）；当x=2，y=3，为H6Si2O7（焦硅酸）。教材上用H2SiO3代表硅酸。 （2） 硅酸的性质 ①物理性质：硅酸为白色固体，难溶于水。 ②化学性质 a. 硅酸酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，因此向硅酸钠的溶液中通入CO2，可发生反应制得硅酸。 Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3 b.硅酸的热稳定性很差，受热分解为二氧化硅和水：H2SiO3H2O＋SiO2 c.硅酸的酸性很弱，只能与强碱反应： H2SiO3＋2NaOH = Na2SiO3＋2H2O （3） 硅酸的制备 Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3 如果CO2过量，要写成如下形式： Na2SiO3＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2NaHCO3 注意：硅酸、原硅酸都是固体酸。在书写化学反应方程式时，将硅酸写成原硅酸，也是允许的，如： Na2SiO3＋2H2O＋CO2=H4SiO4↓＋Na2CO3 Na2SiO3＋3H2O＋2CO2=H4SiO4↓＋2NaHCO3 3、 硅胶 将硅酸干燥脱水，变成白色透明多孔性的固体物质，一般称为硅胶（化学式mSiO2·nH2O），具有多孔结构，吸附力强，能吸收多种气体和蒸汽，且吸湿量很大，是实验室常用的干燥剂、吸附剂。 注意：通常人们所说的硅胶指的是硅酸干凝胶。 4、新型陶瓷 类别 示例 特性 用途 高温结 构陶瓷 氮化硅陶瓷 硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好 汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具 碳化硅陶瓷 硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电 电热元件 生物陶瓷 氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性 人造牙齿、人造骨骼 压电陶瓷 钛酸钡陶瓷 钛酸铅陶瓷 可将极其微弱的机械振动转换成信号 声呐系统、气象检测、家用电器、压电地震仪 5、纳米碳材料 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。 拓展应用 拓展一：无机非金属材料 1、 硅酸盐 （1） 概念：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 （2） 硅酸钠（Na2SiO3）：溶于水，其水溶液俗称水玻璃，可用作肥皂填料、防火剂及黏胶剂等。 （3） 硅酸盐的化学性质 ①硅酸盐有很强的热稳定性，即能耐高温。 ②硅酸盐易跟酸发生反应 Na2SiO3＋2HCl = H2SiO3↓＋2NaCl SiO32－＋2H＋= H2SiO3↓ Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3 SiO32－＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋CO32－ Na2SiO3＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2NaHCO3 SiO32－＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2HCO3－ 2、 硅酸盐的表示方法 硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂混合物，因此可以改写为aMxOy·bSiO2·cH2O的方式（具体顺序是：碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水）。如 硅酸钠（Na2SiO3）表示为：Na2O·SiO2； 镁橄榄石（Mg2SiO4）表示为：2MgO·SiO2； 高岭石（高岭土）[Al2(Si2O5)(OH)4]表示为：Al2O3·2SiO2·2H2O。 注意，在硅酸盐的氧化物表示式中： （1）氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用，例如：2MgO·SiO2表示2个2MgO和1个SiO2，不能认为是2（MgO·SiO2）。 这种组成只是代表物质的化学组成成分，并不是说从结构上看成是“分子式”或氧化物的“分子加合物”。 拓展二：硅及其化合物的特殊性 1、 硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅。 2、 非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢氧化钠等强碱溶液反应产生氢气。 3、 非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成。 4、 酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。 5、 无机酸一般易溶于水，硅酸和原硅酸难溶于水。 6、 在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，二氧化碳与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸 钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。 7、 SiO2与CO2的比较 CO2 SiO2 与碱性氧化物反应 CO2＋CaOCaCO3 SiO2＋CaOCaSiO3 与碱液的反应 CO2＋2NaOH = Na2CO3＋H2O SiO2＋2NaOH = Na2SiO3＋H2O 与盐反应 Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3 Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ 与碳反应 C+CO22CO SiO2＋2CSi＋2CO↑ 与H2O作用 CO2+H2O=H2CO3 不与水化合 与酸反应 不反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF = SiF4↑＋2H2O 必修2第八章第三节 ( 1 )环境保护与绿色化学 学科网（北京）股份有限公司 $