無機非金屬材料 高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

第三節(jié)無機非金屬材料【思考與交流】這些建筑可能會用到哪些材料？無機非金屬材料傳統(tǒng)非金屬材料陶瓷玻璃水泥新型非金屬材料硅和二氧化硅新型陶瓷碳納米材料化學(xué)視野硅元素的廣泛存在

地殼中硅的含量為26.3%，僅次于氧。硅的氧化物及硅酸鹽夠成了地殼大部分的巖石、沙子和土壤，約占地殼質(zhì)量的90%以上。在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主要角色。一、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。概念：結(jié)構(gòu)：硅酸鹽硅氧四面體結(jié)構(gòu)特性：硬度高、熔點高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點。表示方法：（1）化學(xué)式法：適用于簡單硅酸鹽，如Na2SiO3，K2SiO3（2）氧化物法：硅酸鈉：

Na2SiO3Na2O·SiO2

硅酸鈣：CaSiO3CaO·SiO2高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O

正長石：KAlSi3O8K2O·Al2O3·6SiO2活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水練一練：請用氧化物法表K(Al2Si3O9)(OH)K2O·2Al2O3·6SiO2·H2O（1）陶瓷類型：陶瓷、玻璃、水泥·主要原料：·主要成分：黏土含水的鋁硅酸鹽，成分復(fù)雜（2）玻璃·主要成分：純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)Na2SiO3、CaSiO3和SiO2

Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑高溫高溫·主要原料：（3）水泥

·主要原料：黏土和石灰石（適量的石膏為輔助原料）原料混合、研磨后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，加入適量石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率，再磨成細粉就能得到普通水泥。(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的混合物(

)(2)硅酸鹽結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定(

)(3)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價鍵結(jié)合(

)(4)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土(

)(5)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進行(

)(6)玻璃和水泥生產(chǎn)中都發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化(

)×√√√√√【學(xué)習(xí)評價一】判斷正誤二、新型無機非金屬材料1、硅和二氧化硅根據(jù)元素周期表中硅的位置，思考：為什么硅能成為應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料？第三周期、第IVA族①硅的存在與性質(zhì)：硅酸鹽礦石水晶（

SiO2

）瑪瑙（

SiO2）硅在自然界以硅酸鹽和氧化物的形式存在高溫下，硅能與氧氣反應(yīng)生成

，與氯氣反應(yīng)生成

。SiO2SiCl4Si＋2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑Si＋4HF===SiF4↑+2H2↑資料卡片：高純硅的制備工業(yè)上需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷（SiHCl3），再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。寫出工業(yè)制備高純硅反應(yīng)的化學(xué)方程式：①

；②

；③

。②二氧化硅的性質(zhì)：二氧化硅硬度大、熔點高，不溶于水酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===

；Na2SiO3＋H2O具有氧化性：SiO2＋2C

；Si＋2CO↑SiO2＋4HF===

。SiF4↑＋2H2O可用氫氟酸溶蝕玻璃生產(chǎn)磨砂玻璃（1）物理性質(zhì):（2）化學(xué)性質(zhì):特性：

【知識拓展】硅酸及其用途硅酸：二元弱酸（酸性：H2SiO3＜H2CO3

），難溶于水的白色膠狀沉淀，硅酸脫水后可制得硅膠，可作為干燥劑及催化劑載體。硅酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)生成硅酸(H2SiO3)沉淀

。少量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，

。SiO32-

+2H＋===H2SiO3↓SiO32-

+H2O+CO2===H2SiO3↓＋CO32-用離子方程式表達：硅膠干燥劑多孔，吸附水份能力強實驗室盛放堿溶液的試劑瓶（石英玻璃）應(yīng)使用橡膠塞，而不用玻璃塞？堿液能與玻璃中的SiO2發(fā)生反應(yīng)生成Na2SiO3，導(dǎo)致玻璃塞與瓶口內(nèi)側(cè)發(fā)生粘連而無法打開。硅酸鈉(俗名泡花堿)：易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，具有強黏結(jié)力、

耐高溫等特性，常用作黏合劑和防火劑。二氧化硅制光導(dǎo)纖維③硅和二氧化硅的用途：單質(zhì)硅Si：

半導(dǎo)體材料、硅芯片、光電池、信息技術(shù)等材料和人造衛(wèi)星、登月車、火星探測器等動力設(shè)備新能源。硅芯片&硅太陽能電池板二氧化硅SiO2：

水晶、瑪瑙就是石英晶體，SiO2是沙子的主要成分，制成耐高溫儀器及光纖制品。1.下列關(guān)于二氧化硅的敘述正確的是（）A．SiO2能與水反應(yīng)生成硅酸

B．SiO2與CO2的結(jié)構(gòu)相同

C．SiO2用于太陽能電池

D．盛裝氫氧化鈉溶液的試劑瓶要用橡膠塞D知識鞏固【學(xué)習(xí)評價二】2.下列關(guān)于硅酸的說法正確的是（）A．硅酸可以通過SiO2和水化合反應(yīng)直接制得

B．可用反應(yīng)Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸

C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng)

D．干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉B3.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實驗事實是（）A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水

B．CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C．高溫下SiO2與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2

D．CO2是氣體，而SiO2是固體B2.新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比，在

上有很大變化，在

等

方面具有很多新的特性和功能。

(2)碳化硅（SiC）：俗稱金剛砂，由碳原子和硅原子通過共價鍵連接，具有類似金剛石結(jié)構(gòu)，硬度大、高溫抗氧化，可用作砂紙和砂輪的磨料。(3)常見新型陶瓷及其用途(連線)成分光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)

碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。（3）碳納米材料注：碳納米材料、金剛石、石墨都是碳的同素異形體，

它們因結(jié)構(gòu)不同(碳原子排列方式不同)而具有不同性質(zhì)。

富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時代。——富勒烯——碳納米管

碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的強度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。——石墨烯

石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強度。作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入。(1)硅晶片是生產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)材料(