第5章 11 第三节 无机非金属材料（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学必修第二册（人教版）

本讲义聚焦无机非金属材料核心知识点，系统梳理硅酸盐材料（硅氧四面体结构、传统产品陶瓷/玻璃/水泥的原料与生产）和新型材料（硅、二氧化硅性质及制备，碳化硅、碳纳米材料等）的知识脉络，构建从结构到性质再到应用的学习支架。 该资料通过表格对比传统材料差异、问题链引导探究（如SiO₂与酸碱反应分析），培养科学思维与探究能力。结合《天工开物》等实例渗透科学态度，课中辅助教师清晰授课，课后练习题及解析助学生查漏补缺，强化知识应用。

第三节　无机非金属材料 【学习目标】　1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产。 2．了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、碳纳米材料等新型无机非金属材料。 知识点一　硅酸盐材料 1．无机非金属材料概述 2．硅酸盐材料 (1)硅酸盐的结构与性质特点 硅氧四面体的 结构示意图 结构 性质特点 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si 硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点 [知识拓展]　最简单的硅酸盐——Na2SiO3 Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可用作黏合剂和防火剂，其与少量CO2反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。 (2)常见的硅酸盐材料 物质 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2) 主要原料：石灰石和黏土 辅料：适量石膏 设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 用途 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等 大量用于建筑和水利工程 　普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。写出其中发生反应的化学方程式：________________________________________ _________________________________________________________。 答案：Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ (1)硅酸盐结构较为复杂，大多易溶于水，化学性质稳定　(　　) (2)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土(　　) (3)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(　　) (4)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化　(　　) 答案：(1)×　硅酸盐大多难溶于水 (2)√　(3)√　(4)√ 1．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”“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．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理和化学变化 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 解析：选A。A项，沙子的主要成分是二氧化硅，错误；B项，黏土高温煅烧过程中发生一系列复杂的物理和化学变化，正确；C项，自然冷却生成的物质中铁元素化合价为＋3价，所以为红瓦，浇水过程中，水在高温下与碳反应生成还原性气体CO，Fe3+被还原为Fe2+，所以为青瓦，正确；D项，制作砖瓦和陶瓷的主要原料均为黏土，正确。 2．含硅元素的物质有很多用途。下列物质的主要成分不是硅酸盐的是(　　) A．用作木材防火剂原料的水玻璃 B．制作精美饰品的玛瑙 C．我国三峡大坝使用的大量水泥 D．高压输电线使用的陶瓷绝缘材料 解析：选B。玛瑙的主要成分为二氧化硅，不属于硅酸盐材料。 3．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是(　　) A．水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不易被腐蚀 B．在建筑工业上可以用作黏合剂、耐酸水泥掺料 C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 解析：选D。水玻璃为硅酸钠的水溶液，化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。 知识点二　新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅的结构与存在 原子结构 示意图 元素周 期表中 的位置 存在 含量 主要存在形态 第三周期、第ⅣA族 地壳中居第二位 硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)　 (2)高纯硅的制备 其中涉及的主要化学反应如下： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 　已知SiO2能与强碱溶液反应生成硅酸盐。氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水。 (1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，SiO2属于两性氧化物吗？ (2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸？若不能，请写出化学方程式并简述理由。 (3)为什么不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ (4)能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？若不能，则如何由SiO2来制取H2SiO3？用化学方程式表示。 答案：(1)SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但生成的SiF4不属于盐。 (2)不能。玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞与瓶口黏结在一起。 (4)不能，因为SiO2与水不反应。由SiO2制取H2SiO3的流程为SiO2Na2SiO3H2SiO3；化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 　 二氧化硅的化学性质 (3)主要用途 ①利用高纯硅的半导体性能可以制成芯片和硅太阳能电池等。 ②SiO2可用来生产光导纤维。 2．新型陶瓷 新型陶瓷 概述 性能 主要应用 碳化硅 俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构 硬度很大、具有优异的高温抗氧化性能 用作磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料等 高温结 构陶瓷 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电 陶瓷 主要有钛酸盐、锆酸盐等 实现机械能与电能的相互转化 滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 续　表 新型 陶瓷 概述 性能 主要应用 透明 陶瓷 主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 高压钠灯、激光器和高温探测窗等 超导 陶瓷 — 某一临界温度下具有超导性 电力、交通、医疗等领域 3.碳纳米材料 碳纳米 材料 概念 性能 用途 富 勒 烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如 C60 — 制碳纳米材料 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 生产复合材料、电池和传感器等 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正在不断深入 1．我国在半导体行业取得了一定的突破。下列有关Si及SiO2的描述错误的是(　　) A．自然界中存在大量的SiO2，如石英、水晶等的主要成分均是SiO2 B．粗硅的制备反应：SiO2＋CSi＋CO2↑ C．粗硅的提纯涉及反应：Si＋3HClSiHCl3＋H2 D．硅单质是一种半导体材料，可用于制作芯片 解析：选B。硅在自然界主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，石英、水晶的主要成分均是二氧化硅，选项A正确；粗硅的制备是二氧化硅与焦炭在高温条件下反应生成粗硅和CO，化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，选项B错误；粗硅的提纯是利用粗硅和氯化氢在加热条件下反应生成三氯硅烷和氢气，化学方程式为Si＋3HClSiHCl3＋H2，选项C正确；硅单质是一种半导体材料，高纯度的硅单质广泛用于制作硅芯片，选项D正确。 2．碳纳米管是由石墨烯卷曲成的单层或多层的直径为2～20 nm的中空管状结构。下列说法不正确的是(　　) A．碳纳米管是一种胶体 B．石墨烯卷成管状结构发生了化学变化 C．石墨烯和碳纳米管互为同素异形体 D．根据碳纳米管的形状可推测它可以用作催化剂的载体 解析：选A。胶体是分散系，是混合物，而碳纳米管是纯净物，不是胶体，A错误；石墨烯卷成管状结构变为碳纳米管发生了化学变化，B正确；石墨烯和碳纳米管是碳元素的两种不同的单质，二者互为同素异形体，C正确；碳纳米管有较大的比表面积，可以用作催化剂的载体，D正确。 3．(2025·洛阳高一统考)现代社会的发展与进步离不开材料。下列说法错误的是(　　) A．碳化硅是一种新型陶瓷材料，具有耐高温、耐磨蚀的特点 B．晶体硅常用于制作光导纤维 C．制普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂 D．石墨烯是一种新型无机非金属材料，具有高电导率的特点 解析：选B。碳化硅(SiC)是一种新型陶瓷材料，熔点高、硬度大，具有耐高温、耐磨蚀的特点，A正确；晶体硅是一种半导体材料，常用于制造芯片，二氧化硅用于制作光导纤维，B错误；普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂，C正确；石墨烯是一种新型无机非金属材料，导电性强，具有高电导率的特点，D正确。 1．(2025·天水高一月考)绚丽精美的甘肃远古彩陶，是黄河文明序章中最辉煌的部分。右图所示为现藏于甘肃省博物馆的人头形器口彩陶瓶。下列说法正确的是(　　) A．烧制彩陶的主要原料为黏土 B．彩陶属于新型无机非金属材料 C．陶瓷不耐酸碱腐蚀，易被氧化 D．高温烧制彩陶的过程中未发生化学变化 解析：选A。彩陶的主要原料为黏土，主要成分为硅酸盐，属于传统无机非金属材料，硅酸盐材料的化学性质不活泼，具有耐酸碱腐蚀，抗氧化等优点，故A正确，B、C错误；高温烧制彩陶的过程中有新物质生成，发生化学变化，故D错误。 2．下列关于SiO2和CO2的叙述正确的是(　　) A．二者均不与酸反应 B．二者均可与NaOH溶液反应 C．二者的熔、沸点均较低 D．二者都能与水反应生成对应的酸，且碳酸的酸性比硅酸的强 解析：选B。SiO2能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，故A错误；SiO2和CO2都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应，故B正确；CO2的熔、沸点较低，SiO2的熔、沸点较高，故C错误；SiO2不溶于水，也不能与水反应，故D错误。 3．(2025·遵义高一检测)贵州三大代表性陶器品类包括平塘牙舟陶、织金砂陶和遵义余庆陶。下列有关陶瓷的说法错误的是(　　) A．陶瓷烧制过程中发生了化学变化 B．新型陶瓷和传统陶瓷都是硅酸盐材料 C．新型超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 D．高温结构陶瓷可应用于火箭发动机 解析：选B。新型陶瓷在组成上不限于传统的硅酸盐体系，故选B。 4．下列叙述不正确的是(　　) A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4 B．利用二氧化硅的半导体性能，可以制成太阳能电池 C．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 D．富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料 解析：选B。氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4，A正确；利用硅的半导体性能，可以制成太阳能电池，B错误；碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，C正确；富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，属于新型无机非金属材料，D正确。 5．(2025·朔州高一质检)硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上，硅单质及其化合物用途广泛。请回答下列问题： (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： 写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：_____________________________________________________。 (2)在人体器官受到损伤时，需要使用一种新型无机非金属材料来植入体内，这种材料是________(填字母)。 A．高温结构陶瓷 B．生物陶瓷 C．导电陶瓷 (3)硅酸(H2SiO3)部分脱水可制成用作干燥剂的硅胶，硅酸是难溶于水的二元弱酸，写出硅酸与足量氢氧化钠溶液反应的离子方程式：_________________________________________________________ _________________________________________________________。 (4)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途是可作__________的原料。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________(填字母)。 A．瓷坩埚　　　　　 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 解析：(1)纯SiHCl3与氢气反应生成硅和氯化氢，化学方程式为SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 (2)用于人体器官的陶瓷，应具有良好的生物性能，故选B。 (3)硅酸是二元弱酸，与足量氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，离子方程式为H2SiO3＋2OH－===SiO＋2H2O。 (4)Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3不易燃烧的性质，可以用作防火剂(阻燃剂)的原料；含SiO2的材料以及含Al2O3的材料都能与碳酸钠在高温条件下发生反应，故应用铁坩埚熔融纯碱，故选D。 答案：(1)SiHCl3＋H2Si＋3HCl　(2)B (3)H2SiO3＋2OH－===SiO＋2H2O　(4)防火剂(阻燃剂)　D 学科网（北京）股份有限公司 $