第三節無機非金屬材料必修第二冊

第五章化工生產中的重要非金屬元素【考綱要求】通過查閱資料，了解傳統無機非金屬材料的原料、成分，認識無機非金屬材料在生產中的應用。通過硅、二氧化硅的結構及性質的學習，認識硅單質、二氧化硅在生產中的應用。通過新型無機非金屬材料的學習，認識新型無機非金屬材料在生產中的應用。知識導航人類使用的材料除了金屬材料，還有無機非金屬材料等。從組成上看，許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有：耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。一．硅酸鹽材料傳統的無機非金屬材料多為硅酸鹽材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。1.硅酸鹽的結構、特點結構特點硅氧四面體硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩定、耐腐蝕等特點2.陶瓷產品主要原料制備過程生產應用陶瓷黏土原料經高溫燒結而成建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等3.玻璃和水泥產品主要原料主要設備主要成分用途普通玻璃純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光學儀器、各種器皿、高強度復合材料等水泥石灰石、黏土水泥回轉窯硅酸鹽和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程【例題1】《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無沙黏土而為之”，“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”，“澆水轉釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說法錯誤的是()A．沙子和黏土的主要成分為硅酸鹽B．“燃薪舉火”使黏土發生復雜的物理、化學變化C．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦D．黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料【答案】A二．新型無機非金屬材料1.硅和二氧化硅（1）硅元素的存在硅在地殼中的含量為26.3%，僅次于氧，在地殼中含量居第二位。硅是一種親氧元素，其在自然界中總是與氧相互化合，自然界中以化合態形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。硅原子和碳原子最外層電子數為4個，它們既難失去電子，也難得到電子，其中碳是構成有機物的主要元素，硅是構成巖石與許多礦物的基本元素。（2）硅的工業制法及提純涉及的化學方程式：硅的用途：①良好的半導體材料；②太陽能電池；③計算機芯片（3）二氧化硅（SiO2）SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅稱為硅石，約占地殼質量的12%，天然SiO2存在形態有結晶形和無定型形兩大類。石英、水晶、瑪瑙、沙子的主要成分是SiO2。【拓展】二氧化硅結構和性質二氧化硅中每個Si周圍結合4個O，Si在中心，O在4個頂角；許多個這樣的四面體又通過頂角的O相連，每個O與2個Si相結合，二氧化硅晶體中Si和O按1:2的比例組成立體網狀結構的晶體，二氧化硅的網狀結構決定了它的熔點高，硬度大，不導電，不溶于水，化學性質穩定。SiO2的化學性質：①不與水、一般的酸反應②具有酸性氧化物的通性分別寫出SiO2與CaO、NaOH、溶液反應的化學方程式：與Na2CO3反應：固體高溫條件下③特性：與氫氟酸反應，化學方程式為：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O二氧化硅的用途：①沙子是基本的建筑材料。②純凈的SiO2是現代光學及光纖制品的基本原料，可以制作光導纖維。③實驗室中使用的石英坩堝。④水晶和瑪瑙制作飾物和工藝品?！舅伎肌繉嶒炇沂⒀bNaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而為什么不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有SiO2）氫氧化鈉與二氧化硅反應生成硅酸鈉，使瓶口黏結無法打開【例題2】下列有關硅及其化合物的敘述中,正確的是()A.硅是光導纖維的主要成分B.硅是構成巖石與許多礦物的基本元素C.SiO2是酸性氧化物,不與任何酸發生反應D.可以通過SiO2與水反應一步制得硅酸【答案】B

2.新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統的硅酸鹽體系，在光學、熱學、電學、磁學等方面具有很多新的特性和功能。如碳化硅(化學式SiC)俗稱金剛砂，碳原子和硅原子通過共價鍵連接,具有類似金剛石的結構，硬度很大、優異的高溫抗氧化性能，用作砂紙和砂輪的磨料、耐高溫結構材料和耐高溫半導體材料。材料類別主要特性示例用途高溫結構陶瓷能承受高溫，強度高氮化硅陶瓷汽輪機葉片、軸承、永久性模具等壓電陶瓷具有電學特性鈦酸鋇陶瓷聲吶系統、氣象探測等透明陶瓷具有光學特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等超導陶瓷具有超導性超導陶瓷電力、交通、醫療等其它新型陶瓷3.碳納米材料(1)富勒烯:由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱,其代表物為C60。(2)碳納米管: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,有相當高的強度和優良的電學性能,可用于生產復合材料、電池和傳感器等。(3)石墨烯:只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨,其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度，應用于光電器件、超級電容器、電池和復合材料。4.特殊功能的含硅材料：①含4%硅的硅鋼具有導磁性，主要用作變壓器的鐵芯；②人工合成的硅橡膠是最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠，用于火箭、飛機、導彈的零件和絕緣材料；③人工制造的分子篩，主要用作吸附劑和催化劑。1．（2021·廣西高一期末）含硅元素的物質有很多用途，下列說法不正確的是()A．硅晶片是生產芯片的基礎材料，其主要成分為B．高壓輸電線路使用的陶瓷絕緣材料屬于硅酸鹽材料C．水玻璃是硅酸鈉的水溶液，可用作木材防火劑的原料D．高溫超導陶瓷具有超導性，可應用于電力和交通領域【答案】A2．宋代五大名窯分別為鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“人窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關于陶瓷的說法不正確的是()A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發生氧化還原反應導致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料C．高品質的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽制品，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸【答案】C3．我國具有獨立知識產權的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對硅及其化合物的有關敘述正確的是()A．二氧化硅既能與燒堿溶液反應又能與氫氟酸反應，所以二氧化硅是兩性氧化物B．晶體硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發生反應C．晶體硅是一種良好的半導體材料，但是它的提煉工藝復雜，價格極高D．晶體硅和金剛石的硬度都很大【答案】D4．據《參考消息》報道，有科學家提出硅是“21世紀的能源”“未來的石油”。假如硅作為一種普遍使用的新型能源被開發利用，下列說法你認為不妥的是()A．硅便于運輸、貯存，從安全的角度考慮，硅是較安全的燃料B．自然界中存在大量的單質硅C．硅燃燒放出的熱量多，且燃燒產物對環境污染程度低，容易有效控制D．自然界中Si易開采【答案】B5（2021·海原縣第一中學高一期末）含硅元素的物質有很多用途，下列說法不正確的是()A．水玻璃是硅酸鈉的水溶液，可用作木材防火劑的原料B．瑪瑙的主要成分是SiO2C．我國的三峽大壩使用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料D．光導纖維主要成份為Si【答案】D6．（2020·河南安陽市·安陽一中高一期末）下列說法正確的是（）A．陶瓷、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料B．祖母綠主要成分為

Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示3BeO·Al2O3·6SiO2C．Na2CO3可用于治療胃酸過多、制玻璃、肥皂，造紙，紡織等工業D．SiO2既能和氫氧化鈉溶液反應也能和氫氟酸反應，所以是兩性氧化物【答案】B7．下列有關硅及其化合物的說法正確的是A．在粗硅的制取中發生反應