资源简介

第三节　无机非金属材料
【课程目标】　1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。
2．了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。
3．知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。
夯基提能·一遍过
知识点一　硅酸盐材料
1．无机非金属材料
从组成上看，许多无机非金属材料含有________等元素，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。
2．硅酸盐及其结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧________结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合________个O，每个O结合________个Si。
3．常见的硅酸盐材料
(1)陶瓷
主要原料为________，经高温烧结而成。用于建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
(2)玻璃和水泥
产品 主要原料 主要设备 主要成分 用途
普通玻璃 ___________________ 玻璃窑 __________ 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，高强度复合材料等
水泥 __________辅料：石膏调节水泥的硬化速率 水泥回转窑 硅酸盐 和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程
【师说·助学】　为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？
4．常见玻璃种类及其性能、用途
玻璃种类 性能 用途
含铅的光学玻璃 透光性好，折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
加入硼酸盐的玻璃 耐化学腐蚀、耐高温急剧变化 制实验玻璃仪器
加入金属氧化物或盐的彩色玻璃 具有多种颜色 建筑、装饰
即学即练
1．下列关于玻璃的叙述正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英
B．普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C．普通玻璃的主要成分为Na2O·CaO·6SiO2，说明普通玻璃为纯净物
D．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔融后生成玻璃
2．[2024·山东日照高一检测]“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色瓷的诗句，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、耐高温
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
3．硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
(1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
【知识拓展】　硅酸(H2SiO3)的性质
(1)难溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液变红；
(2)与碱反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O；
(3)不稳定，受热易分解：H2SiO3
知识点二　新型无机非金属材料
1．硅和二氧化硅
(1)硅
①主要用途：生产________材料，如硅芯片、硅太阳能电池等。
②粗硅的制备：工业上用焦炭还原石英砂可以制得含少量杂质的粗硅，化学方程式为________________________________。
(2)SiO2的主要用途：用于生产________。
【师说·助学】　高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：
其中涉及的主要反应的化学方程式是什么？
2．新型陶瓷
新型 材料 成分 性能 主要应用
金刚砂 __________ 硬度大、耐高温、抗氧化 砂纸和砂轮的磨料、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 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 火箭和汽车发动机、高温电极材料等
压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能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
透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷；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、高温探测窗等
超导陶瓷 — 某一临界温度下具有超导性 可用于电力、交通、医疗等领域
3.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，其代表物为C60。
(2)碳纳米管：由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，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，其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。
即学即练
1．判断正误
(1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料(　　)
(2)石英砂可用于生产单晶硅(　　)
(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可与水反应生成硅酸(　　)
(4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料(　　)
(5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于硅(　　)
2．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、耐磨的特点
B．晶体硅是一种半导体材料，常用于制造光导纤维
C．制普通玻璃的原料主要成分是纯碱、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
素养落实·重拓展　
题型 探究SiO2的化学性质
例 阅读下列情境材料：
素材1　SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。
素材2　氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
回答下列问题：
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为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，写出化学方程式，简述理由。
(3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？
(4)SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。
【归纳总结】　SiO2的化学性质
【变式演练】———————————你学会了吗？
1．[2024·陕西西安八十五中高一期中]下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是(　　)
①氢氟酸　②NaHSO4　③KNO3　④石灰水　⑤CuSO4　⑥NaOH　⑦Na2SiO3
A．④⑧⑦ B．①④⑥⑦
C．①③⑤ D．①④⑥
2．下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　)
A．在粗硅的制取中发生反应：2C＋SiO22CO↑＋Si，Si被还原，所以C的还原性大于Si
B．Na2SiO3属于盐，不属于碱，所以Na2SiO3溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使SiO2与NaOH溶液反应，然后通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知，H2SiO3的酸性大于H2CO3
第三节　无机非金属材料
夯基提能·一遍过
知识点一
1．硅、氧
2．四面体　4　2
3．(1)黏土　(2)纯碱、石灰石、石英砂　Na2SiO3、CaSiO3、SiO2　石灰石、黏土
[师说·助学]　提示：在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，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。
即学即练
1．解析：制普通玻璃的原料主要是纯碱、石英砂和石灰石，A错误；普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅，B错误；还含有其他物质，普通玻璃是混合物，C错误；泥沙主要成分为二氧化硅，过量的泥沙、纯碱和生石灰熔融后生成玻璃，D正确。
答案：D
2．解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
答案：C
3．答案：＋2H＋===H2SiO3↓
(2)+2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋
知识点二
1．(1)①半导体　SiO2＋2CSi＋2CO↑　(2)光导纤维
[师说·助学]　提示：①SiO2＋2CSi＋2CO↑；②Si＋3HClSiHCl3＋H2；
③SiHCl3＋H2 Si＋3HCl。
2．碳化硅(SiC)
即学即练
1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
2．解析：碳化硅(SiC)是一种新型无机非金属材料，熔点高、硬度大，具有耐高温、耐磨的特点，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；制普通玻璃的原料主要成分是纯碱、石灰石和石英砂，普通玻璃的成分为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，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。
答案：B
素养落实·重拓展
例　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，但并不生成盐和水。
(2)不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化学方程式为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。SiO2Na2SiO3H2SiO3。化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。
变式演练
1．解析：氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，所以HF不能使用磨口玻璃塞，①符合题意；NaHSO4、KNO3与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，②③不符合题意；氢氧化钙溶液显碱性，能和二氧化硅反应，不能使用磨口玻璃塞，④符合题意；CuSO4与二氧化硅不反应，可以使用磨口玻璃塞，⑤不符合题意；NaOH与二氧化硅反应生成黏性的硅酸钠，导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，所以氢氧化钠溶液不能使用磨口玻璃塞，⑥符合题意；黏性的硅酸钠，会导致玻璃塞和试剂瓶黏结在一起而打不开，不能使用磨口玻璃塞，⑦符合题意。
答案：B
2．解析：Si与C同主族，Si的还原性比C的强，但在高温下能发生反应：2C＋SiO22CO↑＋Si，A项错误；不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放Na2SiO3溶液，因为Na2SiO3溶液本身是一种黏合剂，B项错误；SiO2是酸性氧化物，但不能与水反应，所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与CO2或盐酸反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓、Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，C项正确；Na2CO3与SiO2在高温下的反应与对应酸的酸性强弱无关，该反应说明硅酸盐在高温下比碳酸盐更稳定，D项错误。
答案：C

展开更多......

收起↑