第3節(jié)無機非金屬材料知識點1、硅酸鹽材料傳統(tǒng)的無機非金屬材料多為硅酸鹽材料，在日程生活中隨處可見，如制作餐具的陶瓷、窗戶上的玻璃、建筑用的水泥等。1.硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了_________，Si在中心，O在________的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的_______相互連接。每個O為兩個四面體所共有，與________個Si相互結合。硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。2.陶瓷陶瓷是以______（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）為主要原料，經高溫燒結而成的。我國具有悠久的陶瓷制歷史，在新石器時代，我們的祖先已能燒制陶器，至唐宋時期，我國的陶瓷制品已經享譽海內外。目前，陶瓷人在人類的生活和生產中扮演著重要的角色，得到了廣泛的應用，如用于生產建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等 瓷碗 景德鎮(zhèn)瓷器 陶瓷絕緣子3.玻璃普通玻璃的主要成分為_________________，他是以純堿、石灰石和石英砂（主要成分是_________）為原料，經混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復雜的物理和化學變化而制得的。玻璃可用于生產建筑材料，光學儀器和各種器皿，還可以制造玻璃纖維用于高強度復合材料等。 玻璃器皿 玻璃三棱鏡 玻璃幕墻4.水泥普通硅酸鹽水泥的生產是以______和_________為主要原料，二者與其他輔料經混合、研磨后在水泥回轉窯中煅燒，發(fā)生復雜的物理和化學變化，加入適量的石膏，調節(jié)水泥硬化速率，在磨成細粉質就可就能得到普通水泥。水泥沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。長江三峽大壩使用了大量水泥【歸納總結】硅酸鹽材料產品原料主要設備主要成分用途陶瓷黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)——硅酸鹽建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃(普通)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、適量石膏水泥回轉窯硅酸鹽建筑和水利工程注意：由原料和玻璃的成分及反應條件“熔融”，可知反應的化學方程式為SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up9(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up9(高溫))CaSiO3＋CO2↑?！靖櫽柧殹?．（2022秋·吉林白城·高一校考階段練習）“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法中正確的是A．玻璃的主要成分為Na2CO3、CaCO3和SiO2B．生產陶瓷、玻璃、水泥都用到黏土C．硅酸鹽制品的性質穩(wěn)定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽2．（2022秋·吉林白城·高一校考階段練習）下列說法不正確的是A．陶瓷是以黏土為主要原料，經高溫燒結而成B．普通玻璃以火堿、石灰和石英砂為原料，發(fā)生復雜的物理和化學變化制得C．普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料D．向水泥中加入適量的石膏可以調節(jié)水泥硬化速率3．昆侖玉的成分可簡單看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，則其用二氧化硅和金屬氧化物的形式可表示為()A．CaO·MgO·SiO2·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O4．“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質穩(wěn)定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽5．（2022秋·浙江寧波·高一?？计谥校┕枋菬o機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽占地殼質量的90%以上。(1)保存NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃磨口塞，用離子方程式表示其原因___________，工藝師常用___________(填物質名稱)來雕刻玻璃。(2)綠柱石(綠寶石礦藏的主要化學成分為BenAl2Si6O18，可用氧化物形式表示為nBeO?Al2O3?6SiO2，其n值為___________。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作___________。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是___________(填字母)。A．普通玻璃坩堝

B．石英玻璃坩堝

C．鐵坩堝知識點2、新型無機非金屬材料隨著科學技術的發(fā)展，無機非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型的無機非金屬材料相繼問世。其中有一些是高純度的含硅元素材料，如單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光學和電學性能，是現代化信息技術的基礎材料；還有一些含有碳，氮等其他元素，在航天，能源和醫(yī)療等領域有著廣泛的應用。1．硅（1）硅位于第______周期，第_________族，最外層有4個電子，主要形成正四價的化合物。硅是一種親氧元素，只有化合態(tài)，沒有游離態(tài)。在地殼中含量占26.3％，僅次于______，是構成礦物和巖石的主要成分。（2）晶體硅結構類似于金剛石，有晶體和無定形兩種_________?；液谏?，有金屬光澤，具有較高的硬度、熔點（1410℃），硬而脆的固體，是良好的半導體。注意：1mol晶體硅有______mol共價鍵。（3）化學性質常溫下不活潑，一般不與其他物質反應，但可以與氟氣、氫氟酸、堿反應。在加熱或者點燃的條件下可以與氫氣、氧氣、氯氣等反應。常溫與氟氣反應Si+2F2＝SiF4（沸點65℃）與氫氟酸反應Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑與強堿反應Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑加熱與氧氣反應Si＋O2SiO2（低于900℃時不反應，高于950℃時可以反應）與氯氣反應Si+2Cl2SiCl4（300℃左右可以反應生成SiCl4，沸點為57.6℃）高溫（4）高純度硅的生產流程高溫基本原理：SiO2＋2C====Si＋2CO↑反應②的化學方程式：__________________________________;反應③的化學方程式：__________________________________;高純度硅廣泛用于信息技術和新能源技術等領域。利用其半導體性能可以制成計算機、通信設備和家用電器等的芯片，以及光伏電源、人造衛(wèi)星和電動汽車的硅太陽能電池。 用于制作芯片的硅晶片 用在天宮號空間站的硅太陽能電池 光導纖維2.二氧化硅二氧化硅可用來生成光導纖維。光導纖維的通信容量大、抗干擾性能好，傳輸的信號不易衰減，能有效提高通信效率。（1）存在：天然存在的分為晶體和無定形體兩類，統(tǒng)稱為“硅石”。硅藻土是無定形二氧化硅，石英是結晶形二氧化硅，其中無色透明的晶體就是常說的水晶，具有彩色環(huán)狀帶或層狀的稱為瑪瑙，沙子中含有小顆粒的石英晶體。（2）結構：在晶體的結構中，最小的結構單元是由1個原子和4個原子相結合形成的硅氧四面體，原子位于四面體的體心，原子位于四面體的頂點。許多硅氧四面體通過共用頂點的原子形成牢固的立體網狀結構。晶體的立體網狀結構，每個原子是完全屬于自己所在的硅氧四面體，每個原子被兩個硅氧四面體所共用，只有二分之一屬于自己所在的硅氧四面體。因此，一個硅氧四面體實際上只包含1個原子和2個原子，在晶體中原子和原子的個數比為。在硅氧四面體中，原子與鍵的比值為，即晶體中約含有個共價鍵。（3）物理性質：二氧化硅是原子晶體，其具有不溶于水，熔點高，硬度大等物理性質，常應用于制作耐高溫的石英坩堝。純凈的二氧化硅具有優(yōu)異的光學性能，常用于制作光導纖維。（4）化學性質不與酸(氫氟酸除外)發(fā)生反應，屬酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，能與堿性氧化物或強堿反應，所以裝堿性溶液的試劑瓶需使用木塞或膠塞。①與氫氟酸反應：②酸性氧化物的通性：③弱氧化性：（5）光導纖維：從高純度的SiO2或石英玻璃熔融體中，拉出直徑約100μm的細絲，稱為石英玻璃纖維，也稱為光導纖維。它將光信號在光導纖維中進行全反射傳播，取代了電信號在銅線中的傳播，達到兩地通信的目的。【注意】a.用于制作光導纖維的是SiO2，用于制作半導體材料、計算機芯片的是晶體硅。b.水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。3．新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)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，進一步拓展了陶瓷的應用領域。例如碳化硅（SiC），俗稱金剛砂，其中的碳原子與硅原子通過共價鍵連接，具有類似金剛石的結構，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。碳化硅還具有優(yōu)異的耐高溫，抗氧化性能，使用溫度可達1600℃，大大超過了普通金屬材料所所能承受的溫度，可用作耐高溫材料，耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等。4．碳納米材料碳納米材料是近年來人們十分關注的一類新型無機非金屬材料主要包括富勒希、碳納米管、石墨烯等在能源、信息、醫(yī)療等領域有著廣闊的應用前景。富勒烯是由碳原子構成的一系列籠狀分子的總稱，其中C60是富勒烯的代表物，C60的發(fā)現為納米科學提供了重要的研究對象，開啟碳納米材料研究的研究和應用的新時代。用C60作這輪的“納米汽車”碳納米管可以看作是由石墨片層卷成管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的表面極大，有相當高的強度和優(yōu)良的導電性能，可用于生產復合材料電池和傳感器等。碳納米管石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低，導熱熱導率高，具有很高的強度，作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電元件、超級電容、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入石墨烯材料【跟蹤訓練】1．（2022秋·廣西玉林·高一校聯考期中）信息技術離不開芯片，現代芯片離不開高純度的硅，工業(yè)上生產高純硅的工藝流程如下：則下列說法正確的是A．工業(yè)上用焦炭還原石英砂制硅的反應為：SiO2+CSi+CO2↑B．高純硅可以用于制備光導纖維C．上述流程②③需在無氧條件下進行D．上述流程中能循環(huán)利用的物質只有H22．（2022秋·甘肅張掖·高一甘肅省民樂縣第一中學?？计谥校╆P于硅及其化合物的敘述中，正確的是A．硅是良好的半導體材料，也可用于制造制造光纜B．SiO2是酸性氧化物，不溶于水，也不溶于任何酸C．可以用焦炭還原二氧化硅生產粗硅SiO2+CSi+CO2↑D．生產水泥和玻璃用到的原料均有石灰石3.（2022秋·高一單元測試）下列材料的特性及用途的說法中不正確的是A．光導纖維傳導光的能力很強，是非常好的通訊材料B．氧化鋁陶瓷具有兩性，不可以用于制耐高溫設備C．氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來制造軸承D．人造剛玉硬度高，可用來制造剛玉球磨機4．（2022秋·黑龍江雙鴨山·高一統(tǒng)考期中）有科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關于硅的說法正確的是A．光導纖維的主要成分是硅B．硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料C．硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發(fā)生反應D．當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、硫酸等物質反應5．（2021秋·甘肅嘉峪關·高一嘉峪關市第一中學?？计谥校┮阎猄i+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。有一根粗鋁含鐵和硅兩種雜質，取兩份等質量的樣品分別投入足量的稀鹽酸和稀NaOH溶液中，放出等質量的H2，則該粗鋁中鐵和硅的關系是①物質的量之比為1∶2②物質的量之比是3∶1③質量之比是2∶1④質量之比是4∶1A．②④ B．②③ C．①④ D．只有④6．（2022春·廣東廣州·高一廣州市第二中學?？计谥校┕?Si)單質及其化合物應用范圍很廣。請回答下列問題：資料：i.石英砂、沙子的主要成分都是。ii.碳高溫的氧化產物是。(1)硅單質可作為硅半導體材料。三氯甲硅烷()還原法是當前制備高純硅的主要方法，生產過程示意圖如下：①寫出制粗硅的化學方程式：_____