第06讲-无机非金属材料(学生版)

第06讲无机非金属材料第06讲无机非金属材料知识导航知识导航知识预习知识预习一、硅酸盐的概念、结构与特点1．概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。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。3．特点：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。二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥陶瓷玻璃水泥主要原料黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）黏土、石灰石主要成分Al2O3·2SiO2·2H2ONa2CO3、CaCO3、SiO2硅酸二钙、铝酸三钙等反应原理高温烧结而成高温下发生复杂的物理和化学变化用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、光学仪器和各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等制混凝土，大量用于建筑和水利工程制取玻璃的反应方程式为:____________________________________________________________________。三、硅单质的物理性质与用途1．物理性质：硅单质是带有金属光泽的灰黑色固体，其结构与金刚石类似，为空间网状结构，所以晶体硅的硬度大、熔点高。2．用途：硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界处，晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是一种良好的_________材料，因此晶体硅常用于制作集成电路板（硅芯片）和太阳能电池极板。四、硅的制备制备原理用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。制备流程反应方程式五、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅（1）硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的___________材料，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。（2）二氧化硅可用来生产___________。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。2.新型陶瓷（1）新型陶瓷不限于传统的硅酸盐体系，如碳化硅（SiC）、高温结构陶瓷、压电陶瓷、超导陶瓷等在光学、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。（2）碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和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能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。3.碳钠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，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。富勒烯碳纳米管石墨烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的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，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。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。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、热导率高，具有很高的强度。其在光电器件、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。对点训练对点训练题型一：硅酸盐材料（传统无机非金属材料）【变1-2】制玻璃和水泥的共同的原料是()A．二氧化硅 B．碳酸钠 C．碳酸钙 D．硅酸钠【变1-4】《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．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐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题型二：硅、二氧化硅【变2】下列叙述错误的是A．硅在自然界中主要以单质形式存在 B．硅是应用最为广泛的半导体材料C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．二氧化硅可用于生产玻璃【变3】二氧化硅是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是（）A．图中所有反应都不属于氧化还原反应B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高【例4】氢氟酸是HF的水溶液，可与发生反应生成和。请写出该反应的化学方程式______。想一想为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃_________。题型三：高纯硅的制备【变5-1】习主席在2020年新年贺词中强调“5G商用加速推出，凝结着新时代奋斗者的心血和汗水，彰显了不同凡响的中国风采、中国力量”，制造芯片用到高纯硅，用SiHCl3与过量H2在1100～1200℃反应制备高纯硅的装置如下图所示（热源及夹持装置略去）。已知：SiHCl3遇水H2O强烈水解，在空气中易自燃。下列说法错误的是（）A．装置B中的试剂是浓硫酸B．实验时先打开装置C中分液漏斗的旋塞C．装置C中的烧瓶需要加热，其目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3气化D．装置D不能采用普通玻璃管的原因是在反应温度下，普通玻璃管会软化题型四：新型无机非金属材料【变6-1】石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它是一种透明、良好的导体；石墨烯是由碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构（如图所示）的一种碳单质新材料，它是构建富勒烯、碳纳米管的基本单元。利用石墨烯可制造晶体管、太阳能电池板等。下列有关石墨烯的说法不正确的是（）A．石墨烯具有优良的导电、导热性能B．石墨烯是一种新型的无机非金属材料C．石墨烯与富勒烯的结构相同D．石墨烯、富勒烯、碳纳米管都是由碳元素组成的提分作业提分作业【练1】我国已跨入“互联网＋”时代，而“互联网＋”的建设离不开无机非金属材料硅。下列物品中用到硅单质的是（）A．计算机芯片 B．陶瓷餐具 C．石英钟表 D．光导纤维【练2】唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于（）A．氧化铝 B．二氧化硅 C．硅酸盐 D．合金【练3】玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是（）A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制造水泥的主要原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．制造水泥的过程中只发生了物理变化【练4】碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是A．碳纳米管属于胶体B．石墨烯属于有机化合物C．C60与金刚石互为同素异形体D．均具有相同的熔点【练5】下列物品或设施：①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃⑤水晶镜片⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨光导纤维⑩计算机芯片（1）使用了硅单质的是___________(填序号，下同)。（2）使用了二氧化硅的是___________。（3）使用了硅酸盐材料的是___________。【练6】晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有______(