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第三讲
无机非金属材料
一、
硅酸盐材料
1．无机非金属材料
2．传统无机非金属材料
产品
原料
主要成分
应用
陶瓷
_____（含水的铝硅酸盐）
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
普通
玻璃
_______________________
（SiO2）
_____________________
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料
水泥
______________、
少量石膏
水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土
普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗？
二、新型无机非金属材料
1．硅和二氧化硅
（1）硅元素的存在与结构
存在
原子结构示意图
周期表中位置
含量
存在形态
地壳中居第___位
_________________
???
____________________
（2）单质硅的制备：
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
硅和二氧化硅的用途
2．新型陶瓷
3．碳纳米材料
碳纳米材料在_________________等领域有着广阔的应用前景。
结构特点
应用
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称
代表物C60开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳
米管
由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径
用于生产__________、电池和
传感器
石墨烯
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料
【情境·思考】
从陶瓷材料发展的历史来看，经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃；由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃；精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级（10-6
m），用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延展性，有的甚至出现超塑性。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。
陶器
瓷器
精细陶瓷
纳米陶瓷
试分析传统无机非金属材料和新型无机非金属材料各有什么优点？
知识点　二氧化碳与二氧化硅的性质比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
存在
存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中
空气，燃料的燃烧产物
物理性质
固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大
通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水
化
学
性
质
①与水
不反应
CO2+H2O====H2CO3
②与酸
只与氢氟酸反应：SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O
不反应
③与碱液
（NaOH）
SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）
CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O或CO2+NaOH====NaHCO3
④与碱性
氧化物
如与CaO反应：SiO2+CaO???CaSiO3
如与Na2O反应：CO2+Na2O====Na2CO3
⑤与碳
反应
SiO2+2C
?Si+2CO↑
CO2+C?
???????2CO
用途
制饰品、坩埚、光导纤维
干冰用于人工降雨
【知识拓展】硅及其化合物性质的“九大反常”
（1）碳族元素的主要化合价一般是+2、+4价，而硅常见的是+4价。
（2）硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。
（3）非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。
（4）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成（类似于较活泼金属与酸的置换反应），Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
（5）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
（6）非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。
（7）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O。
（8）无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。
（9）因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑也能发生。
盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞，你知道这是为什么吗？
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？
【典例】（2019·嘉兴高一检测）下列叙述正确的是（　　）
A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B．因为CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物
【母题追问】（1）利用化学方程式说明碳酸和硅酸的酸性强弱。
C项发生的反应中碳的作用是否相同？
　2018年
11月5日至7日，世界光纤光缆大会在杭州举行。本次大会以“一个光纤连接的智能世界”为主题，围绕“全球光纤光缆供需走势”、“5G和物联网带来的需求展望”、“一带一路”倡议和“智能制造”等热点议题展开深入讨论与交流。光缆的主要成分为SiO2。
下列叙述正确的是（　　）
A．CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸
B．SiO2与CO2都不能与酸反应
C．SiO2与CO2（干冰）都能够与氢氧化钠溶液反应
D．水晶的主要成分是SiC
1．（2019·兰州高一检测）下列关于二氧化硅的叙述不正确的是
（　　）
①光导纤维主要成分是SiO2，故SiO2可以导电　②能跟强碱反应，但不能与水反应　③SiO2的熔、沸点较低　④既不是酸性氧化物，又不是碱性氧化物
A．②和③　B．①③④　C．②和④　D．只有④
2．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是（　　）
A．水晶项链是硅酸盐制品
B．硅单质广泛用于光纤通讯
C．利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D．水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料
3．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（　　）
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸
D．碳和硅两种元素共有两种单质
【素养提升】
“玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑，故从彼名”。自佛经传入中国后，翻译人员考虑到“马脑属玉石类”，于是巧妙地译成“玛瑙”。
玛瑙的主要成分为二氧化硅，由于与水化二氧化硅（硅酸）交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属，颜色可从极淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸（H2SiO3）？
一、
硅酸盐材料
1．无机非金属材料
2．传统无机非金属材料
产品
原料
主要成分
应用
陶瓷
_黏土（含水的铝硅酸盐）
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
普通
玻璃
纯碱、石灰石和石英
（SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料
水泥
黏土和石灰石、
少量石膏
水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土
普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗？
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+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑，
SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2↑。
二、新型无机非金属材料
1．硅和二氧化硅
（1）硅元素的存在与结构
存在
原子结构示意图
周期表中位置
含量
存在形态
地壳中居第2位
氧化物和硅酸盐
???
第三周期、ⅣA族
（2）单质硅的制备：
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
硅和二氧化硅的用途
2．新型陶瓷
3．碳纳米材料
碳纳米材料在能源、信息、医药_等领域有着广阔的应用前景。
结构特点
应用
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称
代表物C60开启碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳
米管
由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径
用于生产、电池和传感器
石墨烯
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料
【情境·思考】
从陶瓷材料发展的历史来看，经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃；由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃；精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级（10-6
m），用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延展性，有的甚至出现超塑性。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。
陶器
瓷器
精细陶瓷
纳米陶瓷
试分析传统无机非金属材料和新型无机非金属
材料各有什么优点？
知识点　二氧化碳与二氧化硅的性质比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
存在
存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中
空气，燃料的燃烧产物
物理性质
固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大
通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水
化
学
性
质
①与水
不反应
CO2+H2O====H2CO3
②与酸
只与氢氟酸反应：SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O
不反应
③与碱液
（NaOH）
SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）
CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O或CO2+NaOH====NaHCO3
④与碱性
氧化物
如与CaO反应：SiO2+CaO???CaSiO3
如与Na2O反应：CO2+Na2O====Na2CO3
⑤与碳
反应
SiO2+2C
?Si+2CO↑
CO2+C?
???????2CO
用途
制饰品、坩埚、光导纤维
干冰用于人工降雨
【知识拓展】硅及其化合物性质的“九大反常”
（1）碳族元素的主要化合价一般是+2、+4价，而硅常见的是+4价。
（2）硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。
（3）非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。
（4）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成（类似于较活泼金属与酸的置换反应），Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
（5）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
（6）非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。
（7）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O。
（8）无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。
（9）因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑也能发生。
盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞，你知道这是为什么吗？
试剂瓶的瓶塞一般是毛玻璃，易与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠溶液，从而使瓶塞与瓶壁黏合在一起而难以打开，所以盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞。
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？
SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应，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。
【典例】（2019·嘉兴高一检测）下列叙述正确的是（　C　）
A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似
B．因为CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂
D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物
【母题追问】（1）利用化学方程式说明碳酸和硅酸的酸性强弱。
向硅酸钠溶液中通入CO2气体，发生反应Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3，根据“较强酸制较弱酸”的原理，可知碳酸的酸性比硅酸强。
C项发生的反应中碳的作用是否相同？
相同。反应C+CO2
2CO、2C+SiO2
Si+2CO↑中碳都作还原剂。
　2018年
11月5日至7日，世界光纤光缆大会在杭州举行。本次大会以“一个光纤连接的智能世界”为主题，围绕“全球光纤光缆供需走势”、“5G和物联网带来的需求展望”、“一带一路”倡议和“智能制造”等热点议题展开深入讨论与交流。光缆的主要成分为SiO2。
下列叙述正确的是（　C　）
A．CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸
B．SiO2与CO2都不能与酸反应
C．SiO2与CO2（干冰）都能够与氢氧化钠溶液反应
D．水晶的主要成分是SiC
1．（2019·兰州高一检测）下列关于二氧化硅的叙述不正确的是
（　B　）
①光导纤维主要成分是SiO2，故SiO2可以导电　②能跟强碱反应，但不能与水反应　③SiO2的熔、沸点较低　④既不是酸性氧化物，又不是碱性氧化物
A．②和③　B．①③④　C．②和④　D．只有④
2．硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是（　D　）
A．水晶项链是硅酸盐制品
B．硅单质广泛用于光纤通讯
C．利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D．水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料
3．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（　B　）
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸
D．碳和硅两种元素共有两种单质
【素养提升】
“玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑，故从彼名”。自佛经传入中国后，翻译人员考虑到“马脑属玉石类”，于是巧妙地译成“玛瑙”。
玛瑙的主要成分为二氧化硅，由于与水化二氧化硅（硅酸）交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属，颜色可从极淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸（H2SiO3）？
二氧化硅不与水反应，故应先与碱（如NaOH溶液）反应生成硅酸盐，再与酸（如盐酸）反应生成硅酸。

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