第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的原料、成分、性能及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。2.了解硅、二氧化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。3.知道幾種常見的新型無(wú)機(jī)非金屬材料的成分及在生產(chǎn)中的應(yīng)用。一、硅酸鹽材料1.無(wú)機(jī)非金屬材料從組成上看，許多無(wú)機(jī)非金屬材料含有等元素，具有、、等特點(diǎn)，以及特殊的、等性能。

2.常見的硅酸鹽材料項(xiàng)目陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：輔料：適量的石膏設(shè)備陶瓷窯主要成分含水的鋁硅酸鹽—性能耐高溫、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定透光性好、硬度大、無(wú)固定熔點(diǎn)遇水逐漸變硬(水硬性)，硬化后性質(zhì)穩(wěn)定用途用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等用于生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，還可制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程思考1普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而制得。寫出其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________思考2為什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.判斷正誤(1)漢代燒制出的“明如鏡、聲如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土()(2)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸鹽()(3)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()(4)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行()2.硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡(jiǎn)單的硅酸鹽，硅酸鈉易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，常用作黏合劑和防火劑。(1)硅酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式是。

(2)過(guò)量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，反應(yīng)的離子方程式是。

3.(2023·日照高一月考)“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來(lái)”是贊譽(yù)越窯秘色瓷的詩(shī)句，描繪我國(guó)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(guān)說(shuō)法正確的是()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(zhì)穩(wěn)定、耐高溫D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽硅酸(H2SiO3)的性質(zhì)(1)難溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液變紅。(2)與堿反應(yīng)：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O。(3)不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3H2O+SiO2。二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅(1)硅硅元素位于元素周期表第周期、第族，處于金屬與非金屬的過(guò)渡位置。其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的材料。

(2)粗硅的制備工業(yè)上用焦炭還原石英砂可以制得含少量雜質(zhì)的粗硅，化學(xué)方程式：。

思考1高純度單晶硅是典型的無(wú)機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場(chǎng)“革命”。它可以按下列方法制備：其中涉及的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________思考2閱讀情景素材，回答下列問(wèn)題：素材1SiO2是一種酸性氧化物，能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)。例如，SiO2與NaOH溶液反應(yīng)可生成Na2SiO3。素材2氫氟酸是HF的水溶液，可與SiO2發(fā)生反應(yīng)生成SiF4氣體和水，可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產(chǎn)磨砂玻璃。(1)SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，能認(rèn)為SiO2屬于兩性氧化物嗎？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)能否用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸？若不能，寫出化學(xué)方程式，簡(jiǎn)述理由。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)為什么不能用磨口玻璃塞的試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)SiO2屬于酸性氧化物，能否用SiO2與水直接反應(yīng)制取H2SiO3？由SiO2如何來(lái)制取H2SiO3？用化學(xué)方程式表示。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________SiO2的性質(zhì)(3)硅和二氧化硅的用途①高純硅用于制造和。

②用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。

2.新型陶瓷(1)組成：不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系。(2)特性和功能：在、、、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。

(3)碳化硅(SiC)俗稱，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，可用作磨料，還具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。

(4)常見的類型：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷。3.碳納米材料碳納米材料主要包括、、等，廣泛應(yīng)用于能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

新型材料結(jié)構(gòu)性能用途富勒烯由構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C60

—制碳納米材料碳納米管由卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑

比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有厚度的單層石墨

電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度光電器件、超級(jí)電容器、電池、復(fù)合材料等1.判斷正誤(1)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，故可用作半導(dǎo)體材料()(2)石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅()(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可與水反應(yīng)生成硅酸()(4)氮化硅陶瓷是新型無(wú)機(jī)非金屬材料()(5)向硅酸鈉溶液中通入適量CO2，出現(xiàn)白色沉淀，證明碳的非金屬性強(qiáng)于硅()2.(2024·廣州高一期中)硅及其化合物是重要的新型無(wú)機(jī)非金屬材料。下列說(shuō)法不正確的是()A.高溫下用焦炭還原SiO2制備粗硅B.SiO2與水反應(yīng)生成硅酸C.SiO2是制取傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品玻璃的原料之一D.“水玻璃”可以由SiO2與NaOH溶液反應(yīng)制得3.(2024·黑龍江大慶高一期中)從科技前沿到人類的日常生活，化學(xué)無(wú)處不在。下列說(shuō)法正確的是()A.國(guó)產(chǎn)大型飛機(jī)C919用到的氮化硅高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料B.量子通信材料螺旋碳納米管與石墨烯互為同位素C.清華大學(xué)獲芯片領(lǐng)域重要突破，相關(guān)成果在《科學(xué)》雜志發(fā)表，芯片的主要成分是二氧化硅D.常溫下Si的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在自然界中硅主要以單質(zhì)形式存在1.(2024·哈爾濱高一期中)下列物質(zhì)的主要成分不是二氧化硅的是()A.水晶 B.光導(dǎo)纖維C.石英 D.純堿2.(2024·安徽蚌埠高一段考)“中國(guó)芯”的發(fā)展離不開高純單晶硅。由石英砂(主要成分為SiO2)制取高純硅涉及的主要反應(yīng)用流程圖表示如下：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.反應(yīng)①②③均為置換反應(yīng)B.SiO2能溶于燒堿溶液和氫氟酸，故為兩性氧化物C.X為COD.流程中HCl和H2可以循環(huán)利用3.(2023·西安第八十五中學(xué)高一期中)下列溶液的存放不能使用磨口玻璃塞的是()①氫氟酸②NaHSO4③KNO3④石灰水⑤CuSO4⑥NaOH⑦Na2SiO3A.④⑧⑦ B.①④⑥⑦C.①③⑤ D.①④⑥4.(2024·烏魯木齊高一段考)硅是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是(填字母)。

A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰(2)可用于制作計(jì)算機(jī)芯片和太陽(yáng)能電池的是(填化學(xué)式)，SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(3)工藝師常用(填物質(zhì)名稱)來(lái)雕刻玻璃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(4)工業(yè)上常用2C+SiO2Si+2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中有元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是。

答案精析一、1.硅、氧耐高溫抗腐蝕硬度高光學(xué)電學(xué)2.黏土純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)石灰石、黏土玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)思考1Na2CO3+SiO2CO2↑+Na2SiO3、CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。思考2在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體(結(jié)構(gòu)如圖所示)：硅氧四面體結(jié)構(gòu)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(diǎn)。應(yīng)用體驗(yàn)1.(1)√(2)√(3)√(4)√2.(1)SiO32-+2H+=H2SiO3↓(2)SiO32-+2CO2+2H2O=H2SiO3.C二、1.(1)三ⅣA半導(dǎo)體(2)SiO2+2CSi+2CO↑思考1①SiO2+2CSi+2CO↑；②Si+3HClSiHCl3+H2；③SiHCl3+H2Si+3HCl。思考2(1)SiO2不屬于兩性氧化物。兩性氧化物指既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，但并不生成鹽和水。(2)不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氫氟酸腐蝕，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。(3)NaOH能與磨口玻璃塞中的SiO2反應(yīng)，生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞與瓶口黏結(jié)在一起。(4)不能，因?yàn)镾iO2與水不反應(yīng)。SiO2Na2SiO3H2SiO3。化學(xué)方程式為SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓。(3)①芯片硅太陽(yáng)能電池②二氧化硅2.(2)光學(xué)熱學(xué)電學(xué)(3)金剛砂3.富勒烯碳納米管石墨烯碳原子石墨片層一個(gè)碳原子直徑應(yīng)用體驗(yàn)1.(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√2.B3.A隨堂演練知識(shí)落實(shí)1.D[純堿的主要成分是碳酸鈉，故選D。]2.B[石英砂與焦炭在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)，生成CO和粗硅；粗硅與HCl在300℃時(shí)發(fā)生置換反應(yīng)生成SiHCl3和H2；SiHCl3與H2在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)，可制得高純硅和HCl，反應(yīng)①②③均為置換反應(yīng)，A、C正確；SiO2是酸性氧化物，B錯(cuò)誤；流程中HCl和H2都是既在反應(yīng)中使用，又在反應(yīng)中生成，所以二者都可以循環(huán)利用，D正確。]3.B[氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)生成四氟化硅和水，所以存放HF不能使用磨口玻璃塞，①符合題意；NaHSO4、KN