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第22讲　无机非金属材料
第二部分 元素及其化合物
第四章 非金属及其化合物
目标导航·内容索引
复
习
目
标
内
容
索
引
精炼高考真题·明确高考方向
知识点1 传统硅酸盐材料
知识点2 硅酸钠与硅酸
知识点3 硅和二氧化硅
知识点4 新型无机非金属材料
1.了解硅及其化合物的组成和成键特点。
2.了解硅两种元素单质及其重要化合物的性质及应用，能用化学方程式表示其主要化学性质。
3.了解无机非金属材料的组成、分类及其应用价值。
传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见。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
存在：
定义：
表示方法：
硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中
由金属、硅、氧等元素形成的盐
①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3
②用氧化物的形式表示，如Na2O SiO2、CaO SiO2
知识点1　传统硅酸盐材料
①书写形式一般为：X金属氧化物 Y SiO2 Z H2O
②元素化合价不变、原子比例不变
③计量数以整数书写
④多种金属同时存在，活泼的写在前面
【注意】
例：长石（KAlSi3O8）、高岭土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物形式表示？
Al2O3·2SiO2·2H2O
K2O·Al2O3·6SiO2
知识点1　传统硅酸盐材料
1.陶瓷
原料：
黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）
陶瓷
历史：
应用：
青花瓷、唐三彩
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
China 瓷都
反应条件：
高温烧结
新石器时代就能烧制
唐宋时期达到鼎盛：
知识点1　传统硅酸盐材料
2.玻璃
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分SiO2）
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
反应条件：
高温熔融
反应方程式：
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
知识点1　传统硅酸盐材料
3.水泥
水泥
原料：
工业设备：
黏土、石灰石、（石膏）
水泥回转窑
混凝土：
水泥、沙子和碎石等与水混合
石膏的作用：
条件：
高温煅烧
调节水泥硬化速率
知识点1　传统硅酸盐材料
1.硅酸钠
硅酸钠
物理性质
白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，有很强的黏合性。
强酸制弱酸
Na2SiO3+2HCl == 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+2H2O+2CO2(过量）== 2NaHCO3+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2(少量）== Na2CO3+H2SiO3↓
硅酸：高中化学唯一难溶性酸
俗称泡花碱
化学性质
Na2SiO3的用途
①制硅酸； ②黏合剂(矿物胶)； ③耐火阻燃材料； ④防腐剂
知识点2　硅酸钠与硅酸
硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱，难溶于水，不稳定，受热易分解。
H2SiO3 H2O+SiO2
利用提供的装置与试剂，如何证明酸性盐酸>碳酸>硅酸？
【思考】
A：Na2CO3/NaHCO3
B : HCl
C : 饱和NaHCO3
D : Na2SiO3
2.硅酸
知识点2　硅酸钠与硅酸
硅有晶体硅和无定形硅两种单质
（1）硅的物理性质
颜色、状态 光泽 熔、沸点 硬度 导电性
灰黑色固体
金属光泽
很高
硬而脆
介于导体和绝缘体之间
1.单质硅
知识点3　硅和二氧化硅
（2）硅的位置和结构
硅元素在周期表中的位置？
硅元素旁边有哪些元素，它们主要表现什么性质？
预测硅元素的性质？
不容易得到4个电子，也不容易失去4个电子。
一般通过共用电子对构成物质。
常见化合价有（-4价、0价、+4价）
知识点3　硅和二氧化硅
（3）硅的化学性质
①常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。
Si + 2F2=SiF4
Si + 4HF = SiF4 ↑+2H2 ↑
Si + 2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2 ↑
②加热条件下，硅也能和一些非金属反应。
Si+2Cl2 SiCl4
Si + O2 SiO2
Si + C SiC
知识点3　硅和二氧化硅
（4）单质硅的制备
硅在自然界中以化合态存在，工业上常以 为原料来制取单质硅
二氧化硅
粗硅制备时，生成的是CO而不是CO2
粗硅中含碳等杂质，以其为原料制备高纯硅。
知识点3　硅和二氧化硅
光电池、太阳能电池
计算机芯片
半导体材料
（5）硅单质的用途
知识点3　硅和二氧化硅
（1）物理性质
SiO2是一种难溶于水的非金属氧化物，硬度大，熔点高。
有结晶形和无定形两大类，通称硅石。
（2）化学性质
①酸性氧化物的通性
但不溶于水，也不与水反应
SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O
SiO2+CaOCaSiO3
a、与水反应：
b、与强碱反应：
c、与碱性氧化物反应：
硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂。
2.二氧化硅
知识点3　硅和二氧化硅
（3）化学性质
②特性
SiO2+4HF SiF4↑+2H2O
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶
③弱氧化性
SiO2+2C Si+2CO↑
2.二氧化硅
知识点3　硅和二氧化硅
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2 ↑
SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2 ↑
工业生产玻璃原理
（3）化学性质
与碳酸盐反应
2.二氧化硅
知识点3　硅和二氧化硅
CO2和SiO2的比较
物质 项目 二氧化硅(SiO2) 二氧化碳(CO2)
结构 结构，不存在单个分子 存在单个CO2分子
物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
与水反应
与酸反应（特性） 只与氢氟酸反应：
与碱反应

立体网状
不反应
CO2＋H2O
H2CO3
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2(少量)＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2(过量)＋NaOH===NaHCO3
课外拓展：
知识点3　硅和二氧化硅
与盐 反应 与Na2CO3反应：制玻璃 与Na2SiO3反应：



与碱性氧化物反应 与CaO反应： 与Na2O反应：
Na2O＋CO2===Na2CO3
氧化性
用途 光导纤维、光学仪器、电子部件、建筑材料 制碳酸饮料、制碳酸盐
SiO2＋CaOCaSiO3
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑
Na2SiO3＋H2O＋CO2(少量)===H2SiO3↓＋Na2CO3
Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
CO2＋C2CO
SiO2＋2CSi＋2CO↑
知识点3　硅和二氧化硅
碳化硅（SiC）
碳化硅，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，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
1.新型陶瓷
知识点4　新型无机非金属材料
一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。
高温结构陶瓷
1.新型陶瓷
知识点4　新型无机非金属材料
压电陶瓷
主要有钛酸盐和锆酸盐，能实现机械能和电能的相互转化。
透明陶瓷
主要有氧化铝和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。
超导陶瓷
在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域。
1.新型陶瓷
知识点4　新型无机非金属材料
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称（代表物C60）
结构：
性质：
用途：
具有超导性能
在电学、光学、磁学等方面都有重要应用
2.碳纳米材料
知识点4　新型无机非金属材料
碳纳米管
可看成是由石墨片层卷成的管状物
结构：
性质：
用途：
比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能
用于生产复合材料、电池和传感器等
2.碳纳米材料
知识点4　新型无机非金属材料
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。
结构：
性质：
用途：
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
2.碳纳米材料
知识点4　新型无机非金属材料
精炼高考真题·明确高考方向
1.（2025·甘肃高考）下列爱国主义教育基地的藏品中，主要成分属于无机非金属材料的是（ ）
A．劳动英雄模范碑(南梁革命纪念馆藏)
B．红军党员登记表(红军长征胜利纪念馆藏)
C．陕甘红军兵工厂铁工具(甘肃省博物馆藏)
D．谢觉哉使用过的皮箱(八路军兰州办事处纪念馆藏)
精炼高考真题·明确高考方向
2.河北高考)河北省古建筑数量大，历史跨度长，种类齐全，在我国建筑史上
占有非常重要的地位。下列古建筑组件主要成分属于有机物的是( )
A.基石 斗拱 青瓦 琉璃
精炼高考真题·明确高考方向
3.（高考组合）下列于硅及其化合物有关的叙述正确的是（ ）
A.（2025·湖北高考）室温下SiO2与碳不发生反应，高温下可生成Si
和CO
B.（2025·天津高考）SiO2与盐酸反应：SiO2+4HCl === SiCl4+H2O
C.（2025·陕晋青宁高考）因为单晶硅熔点高，所以可用于制造芯片
D.（2025·海南高考）纯碱熔样致石英(SiO2)坩埚损坏：
精炼高考真题·明确高考方向
4.云南高考)稻壳制备纳米的流程图如下。下列说法错误的是( )
A.可与NaOH溶液反应 B.盐酸在该工艺中体现了还原性
C.高纯可用于制造硅太阳能电池 D.制备纳米：
650℃
精炼高考真题·明确高考方向
5.(2023·湖北高考)工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅
下列说法错误的是（ ）
A.制备粗硅的反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑
B.1 mol Si含Si—Si的数目约为4×6.02×1023
C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气
D.生成SiHCl3的反应为熵减过程
精炼高考真题·明确高考方向
6.（2023·山东高考节选）三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8 ℃，熔点为-126.5 ℃，易水解。实验室根据反应
Si+3HClSiHCl3+H2，利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为　　 ；判断制备反应结束的实验现象是_____________________________。图示装置存在的两处缺陷是__________________________________________________。
检查装置气密性
管式炉中没有固体剩余
C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置
精炼高考真题·明确高考方向
(2)已知电负性：Cl>H>Si，SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为：
_____________________________________________
SiHCl3+5NaOH===Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O
化 学
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