第3节　无机非金属材料

化学第三节无机非金属材料一、硅酸盐的结构、性质、用途1.结构:在硅酸盐中,硅原子和氧原子构成了硅氧

四面体

。如图所示,四面体通过顶角的氧原子彼此相连,每个氧原子为两

个四面体所共有。2.性质:结构决定性质。硅酸盐的特殊结构决定了多数硅酸盐具有硬度

高

、熔点

高

、

难

溶于水、化学性质

稳定

、耐

腐蚀等特点。3.用途:性质决定用途。硅酸盐的性质决定了硅酸盐作为一类优良的材料得到广泛应用。作为传统无机非金属材料主角的三大硅酸盐材料:水泥

、玻璃

、陶瓷

。二、三种硅酸盐材料的对比微训练下列物质中,不含有硅酸盐的是(

)。A.玻璃

B.硅芯片C.黏土

D.普通水泥答案:B解析:玻璃是常见的硅酸盐产品,普通水泥主要原料之一为黏土,黏土中含有硅酸盐,而硅芯片中不含硅酸盐,其含硅单质,硅是良好的半导体材料。三、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅。(1)存在:硅在地壳中的含量居第二位。硅的原子序数是14,原子结构示意图是_______________,硅元素位于元素周期表

第

三

周期第

ⅣA族;硅单质的导电性介于导体与绝缘体之间,是应用最广泛的

半导体

材料。

硅在自然界主要以

硅酸盐

和SiO2的形式存在。(2)主要应用。

(3)高纯硅的制备。

微判断(1)硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。(

)(2)石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分都是SiO2。(

)×√2.新型陶瓷——碳化硅(SiC)。

3.碳纳米材料。(1)富勒烯:由

碳原子

构成的一系列笼形分子的总称,其代表物为C60。

(2)碳纳米管:可看成由

石墨

片层卷成的管状物。碳纳米管的比表面积大,强度高,电学性能优良,可用于生产复合材料、电池和传感器等。(3)石墨烯:只有

一个碳原子

直径厚度的单层石墨,其电阻率低、热导率高,具有很高的强度。

一

硅酸盐和传统无机非金属材料重难归纳1.传统无机非金属材料。关于玻璃成分与性质的易错问题。(1)制造玻璃的原料熔融后发生了复杂的物理变化和化学变化。制得的玻璃是混合物,没有固定的熔点。(2)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分完全相同。(3)氢氟酸能腐蚀玻璃,不能用玻璃瓶盛放。可用氢氟酸雕刻玻璃花纹,4HF+SiO2═SiF4↑+2H2O。2.硅酸盐。(1)性质。①多数硅酸盐难溶于水,常见易溶于水的硅酸盐有Na2SiO3、K2SiO3等。②一般硅酸盐硬度高,耐高温,难分解。③硅酸酸性弱,且不溶于水,所以可溶性硅酸盐能与酸反应。(2)硅酸钠。①物理性质:可溶于水,水溶液俗称“水玻璃”,黏结力强,耐高温,可用作黏合剂和防火剂。②化学性质:能与酸反应。Na2SiO3+2HCl═2NaCl+H2SiO3↓。Na2SiO3+CO2+H2O═Na2CO3+H2SiO3↓。特别提醒实验室盛放碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞是由于玻璃中含有二氧化硅,二氧化硅能与碱溶液反应生成有黏性的硅酸钠,将瓶口和瓶塞黏在一起。盛碱液的试剂瓶一般用橡胶塞。典例剖析【例1】研究发现青花瓷瓶身上的图案所用颜料的成分大多为硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O6)。下列说法不正确的是(

)。A.硅酸铜钡是一种硅酸盐B.硅酸铜钡性质稳定,不易脱色C.水晶、玛瑙的主要成分也是硅酸盐D.制造陶瓷的原料也可用于制造水泥答案:C解析:硅酸铜钡属于硅酸盐,A项正确;难溶于水的BaCuSi2O6中铜元素的化合价为+2价,Cu2+不易被还原,所以性质稳定,不容易褪色,B项正确;水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅,属于氧化物,不属于硅酸盐,C项错误;制造水泥的原料为黏土和石灰石,制造陶瓷的原料为黏土,因此制造陶瓷的原料也可用于制造水泥,D项正确。学以致用1.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于(

)。A.氧化铝 B.二氧化硅C.硅酸盐 D.合金答案:C二

硅、二氧化硅、新型无机非金属材料重难归纳1.硅的特殊性质。(1)一般情况下,非金属单质熔、沸点低,硬度小,但晶体硅熔、沸点高,硬度大;非金属单质一般不导电,但Si为半导体,有一定的导电能力。(2)非金属单质一般不与非氧化性酸作用,但Si却能与HF作用:Si+4HF═SiF4↑+2H2↑。(3)Si的还原性强于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2CSi+2CO↑。2.二氧化硅的特性。(1)SiO2是一种酸性氧化物,但它不溶于水,不能直接用它与水反应来制取H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但SiO2的却很高。(3)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能与HF作用:SiO2+4HF═SiF4↑+2H2O。(4)H2CO3的酸性强于H2SiO3,所以有Na2SiO3+CO2+H2O═H2SiO3↓+Na2CO3,但在高温下Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑也能发生。典例剖析【例2】根据不同部位工作条件的不同,我国的高超声速飞行器使用了多种防热材料。例如,机身表面使用高温陶瓷材料。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中,错误的是(

)。A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,可以作为高级耐火材料B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,它是生物陶瓷的一种C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,可用于制造陶瓷发动机的受热面D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点,但是强度比较差答案:D解析:新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点,克服了传统无机非金属材料的缺点,具有较高的强度和耐磨性,能抵抗冷热冲击,D项错误。学以致用2.下列说法正确的是(

)。A.可以用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记C.SiO2既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,所以是两性氧化物D.Si和SiO2都用于制造光导纤维答案:A1.(2025广东广州增城区模拟)历史文物见证了中华民族共同体在发展中的交往交流交融。下列文物的主要材质为无机非金属材料的是(

)。答案:A2.(2025广东东莞模拟)“九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句,描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品,下列有关说法正确的是(

)。A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B.大多数硅酸盐制品的性质稳定、难溶于水C.光纤和黏土的主要成分均为硅酸盐D.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂答案:B答案:D4.露置于空气中一段时间后的水玻璃会变浑浊。向此浑浊液体中加入稀盐酸,会生成白色胶状沉淀,同时伴随有气泡产生。用化学方程式解释产生上述现象的原因。(1)溶液变浑浊:

。

(2)生成白色沉淀