53无机非金属材料（讲）-2022-2023学年高一化学讲练人教版2019（原卷版）

第3节无机非金属材料知识点1、硅酸盐材料传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日程生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。1.硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了_________，Si在中心，O在________的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的_______相互连接。每个O为两个四面体所共有，与________个Si相互结合。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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。2.陶瓷陶瓷是以______（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。我国具有悠久的陶瓷制历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。目前，陶瓷人在人类的生活和生产中扮演着重要的角色，得到了广泛的应用，如用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 瓷碗 景德镇瓷器 陶瓷绝缘子3.玻璃普通玻璃的主要成分为_________________，他是以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是_________）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的。玻璃可用于生产建筑材料，光学仪器和各种器皿，还可以制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。 玻璃器皿 玻璃三棱镜 玻璃幕墙4.水泥普通硅酸盐水泥的生产是以______和_________为主要原料，二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量的石膏，调节水泥硬化速率，在磨成细粉质就可就能得到普通水泥。水泥沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。长江三峡大坝使用了大量水泥【归纳总结】硅酸盐材料产品原料主要设备主要成分用途陶瓷黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)——硅酸盐建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等玻璃(普通)纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥石灰石、黏土、适量石膏水泥回转窑硅酸盐建筑和水利工程注意：由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”，可知反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up9(高温))Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up9(高温))CaSiO3＋CO2↑。【跟踪训练】1．（2022秋·吉林白城·高一校考阶段练习）“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是A．玻璃的主要成分为Na2CO3、CaCO3和SiO2B．生产陶瓷、玻璃、水泥都用到黏土C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐2．（2022秋·吉林白城·高一校考阶段练习）下列说法不正确的是A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成B．普通玻璃以火碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学变化制得C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率3．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为()A．CaO·MgO·SiO2·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O4．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐5．（2022秋·浙江宁波·高一校考期中）硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐占地壳质量的90%以上。(1)保存NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃磨口塞，用离子方程式表示其原因___________，工艺师常用___________(填物质名称)来雕刻玻璃。(2)绿柱石(绿宝石矿藏的主要化学成分为BenAl2Si6O18，可用氧化物形式表示为nBeO•Al2O3•6SiO2，其n值为___________。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作___________。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．普通玻璃坩埚

B．石英玻璃坩埚

C．铁坩埚知识点2、新型无机非金属材料随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型的无机非金属材料相继问世。其中有一些是高纯度的含硅元素材料，如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代化信息技术的基础材料；还有一些含有碳，氮等其他元素，在航天，能源和医疗等领域有着广泛的应用。1．硅（1）硅位于第______周期，第_________族，最外层有4个电子，主要形成正四价的化合物。硅是一种亲氧元素，只有化合态，没有游离态。在地壳中含量占26.3％，仅次于______，是构成矿物和岩石的主要成分。（2）晶体硅结构类似于金刚石，有晶体和无定形两种_________。灰黑色，有金属光泽，具有较高的硬度、熔点（1410℃），硬而脆的固体，是良好的半导体。注意：1mol晶体硅有______mol共价键。（3）化学性质常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟气、氢氟酸、碱反应。在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应。常温与氟气反应Si+2F2＝SiF4（沸点65℃）与氢氟酸反应Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑与强碱反应Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑加热与氧气反应Si＋O2SiO2（低于900℃时不反应，高于950℃时可以反应）与氯气反应Si+2Cl2SiCl4（300℃左右可以反应生成SiCl4，沸点为57.6℃）高温（4）高纯度硅的生产流程高温基本原理：SiO2＋2C====Si＋2CO↑反应②的化学方程式：__________________________________;反应③的化学方程式：__________________________________;高纯度硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电源、人造卫星和电动汽车的硅太阳能电池。 用于制作芯片的硅晶片 用在天宫号空间站的硅太阳能电池 光导纤维2.二氧化硅二氧化硅可用来生成光导纤维。光导纤维的通信容量大、抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。（1）存在：天然存在的分为晶体和无定形体两类，统称为“硅石”。硅藻土是无定形二氧化硅，石英是结晶形二氧化硅，其中无色透明的晶体就是常说的水晶，具有彩色环状带或层状的称为玛瑙，沙子中含有小颗粒的石英晶体。（2）结构：在晶体的结构中，最小的结构单元是由1个原子和4个原子相结合形成的硅氧四面体，原子位于四面体的体心，原子位于四面体的顶点。许多硅氧四面体通过共用顶点的原子形成牢固的立体网状结构。晶体的立体网状结构，每个原子是完全属于自己所在的硅氧四面体，每个原子被两个硅氧四面体所共用，只有二分之一属于自己所在的硅氧四面体。因此，一个硅氧四面体实际上只包含1个原子和2个原子，在晶体中原子和原子的个数比为。在硅氧四面体中，原子与键的比值为，即晶体中约含有个共价键。（3）物理性质：二氧化硅是原子晶体，其具有不溶于水，熔点高，硬度大等物理性质，常应用于制作耐高温的石英坩埚。纯净的二氧化硅具有优异的光学性能，常用于制作光导纤维。（4）化学性质不与酸(氢氟酸除外)发生反应，属酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，能与碱性氧化物或强碱反应，所以装碱性溶液的试剂瓶需使用木塞或胶塞。①与氢氟酸反应：②酸性氧化物的通性：③弱氧化性：（5）光导纤维：从高纯度的SiO2或石英玻璃熔融体中，拉出直径约100μm的细丝，称为石英玻璃纤维，也称为光导纤维。它将光信号在光导纤维中进行全反射传播，取代了电信号在铜线中的传播，达到两地通信的目的。【注意】a.用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。b.水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。3．新型陶瓷新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学，磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如碳化硅（SiC），俗称金刚砂，其中的碳原子与硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的耐高温，抗氧化性能，使用温度可达1600℃，大大超过了普通金属材料所所能承受的温度，可用作耐高温材料，耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。4．碳纳米材料碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料主要包括富勒希、碳纳米管、石墨烯等在能源、信息、医疗等领域有着广阔的应用前景。富勒烯是由碳原子构成的一系列笼状分子的总称，其中C60是富勒烯的代表物，C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启碳纳米材料研究的研究和应用的新时代。用C60作这轮的“纳米汽车”碳纳米管可以看作是由石墨片层卷成管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的表面极大，有相当高的强度和优良的导电性能，可用于生产复合材料电池和传感器等。碳纳米管石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低，导热热导率高，具有很高的强度，作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电元件、超级电容、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入石墨烯材料【跟踪训练】1．（2022秋·广西玉林·高一校联考期中）信息技术离不开芯片，现代芯片离不开高纯度的硅，工业上生产高纯硅的工艺流程如下：则下列说法正确的是A．工业上用焦炭还原石英砂制硅的反应为：SiO2+CSi+CO2↑B．高纯硅可以用于制备光导纤维C．上述流程②③需在无氧条件下进行D．上述流程中能循环利用的物质只有H22．（2022秋·甘肃张掖·高一甘肃省民乐县第一中学校考期中）关于硅及其化合物的叙述中，正确的是A．硅是良好的半导体材料，也可用于制造制造光缆B．SiO2是酸性氧化物，不溶于水，也不溶于任何酸C．可以用焦炭还原二氧化硅生产粗硅SiO2+CSi+CO2↑D．生产水泥和玻璃用到的原料均有石灰石3.（2022秋·高一单元测试）下列材料的特性及用途的说法中不正确的是A．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料B．氧化铝陶瓷具有两性，不可以用于制耐高温设备C．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造轴承D．人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机4．（2022秋·黑龙江双鸭山·高一统考期中）有科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法正确的是A．光导纤维的主要成分是硅B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应D．当加热到一定温度时，硅能与氧气、硫酸等物质反应5．（2021秋·甘肃嘉峪关·高一嘉峪关市第一中学校考期中）已知Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。有一根粗铝含铁和硅两种杂质，取两份等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和稀NaOH溶液中，放出等质量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系是①物质的量之比为1∶2②物质的量之比是3∶1③质量之比是2∶1④质量之比是4∶1A．②④ B．②③ C．①④ D．只有④6．（2022春·广东广州·高一广州市第二中学校考期中）硅(Si)单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：资料：i.石英砂、沙子的主要成分都是。ii.碳高温的氧化产物是。(1)硅单质可作为硅半导体材料。三氯甲硅烷()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：①写出制粗硅的化学方程式：_____