高中化学必修第二册 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节无机非金属材料 学案

第五章化工生产中的重要非金属元素

第三节无机非金属材料

导学案

一、硅酸盐材料

传统的无机非金属材料多为材料，硅氧结构的特殊性,

决定了硅酸盐材料大多具有硬度、熔点、溶于水、

化学性质、腐蚀等特点。

1.陶瓷:是以为主要原料，经高温烧结而成的。

2.玻璃:普通玻璃的主要成分为、和,它是以

、和为原料，经混合、粉碎，在中熔融,

发生复杂的物理和化学变化而制得的-其中主要化学反应是：

3.水泥

(1)主要原料:：、o

(2)产品成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。

3)混凝土是由混合而成

二、新型无机非金属材料

1.硅和二氧化硅

⑴硅元素位于元素周期表中第周期、第族，处于金属与非金属

的过渡位置其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的

材料。

(2)硅在自然界主要以(如地壳中的大多数矿物)和(如水晶、

石英、玛瑙)的形式存在。单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色，

有金属光泽，硬而脆，熔点很高(1410C),是良好的半导体材料。

(3)制取粗硅的反应方程式为：;

制取高纯硅涉及的主要化学反应为：_______________________________________

⑷二氧化硅可用来生产高性能的现代通信材料：。

2、新型陶瓷

类别示例特性用途

高温氮化硅陶瓷硬度极高，耐磨损，耐局汽轮机叶片、轴承、发

结温，抗腐蚀，抗氧化能力动机部件、永久性模具

构陶强，电绝缘性好

瓷碳化硅陶瓷硬度仅次于金刚石，耐身电热元件

温，且在室温下能导电

生物氧化铝陶瓷强度高，耐磨，无毒，不人造牙齿、人造骨骼

陶瓷氧化铝陶瓷溶于水，对人体组织有较

好的适应性，可直接植于

人体

压电钛酸钢陶瓷可将极其微弱的机械振动滤波器、扬声器、超声

陶瓷钛酸铅陶瓷转换成信号，具有电学特波探伤仪和点火器。

错酸盐陶瓷性。

透明氧化铝、氧化优异的光学性能，耐高温，高压钠灯、激光器和高

陶瓷窃透明陶瓷绝缘性好温探测窗。

和氮化铝、氟

化钙等非氧

化物透明陶

瓷。

超导超导超导性电力、交通、医疗

陶瓷陶瓷

3.碳纳米材料:主要包括、、等,，在能源、信息、

医药等领域TT着广阔的应用前景。

(1)富勒烯是由碳原子构成的一系列分子的总体称，是富勒

烯的代表物。

(2)碳纳米管可以看成是由________卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。

(3)石墨烯是只有-一个碳原子直径厚度的石墨，其独特的结构使其电阻

率低、热导率高，具有很高的强度。

知识补充：

（1）硅的化学性质：常温下不活泼，只与F2及HF和强碱反应。在加热时纯硅与

某些非金属单质发生反应。

Si与氧气反应：；

Si与氯气反应：；

Si与氟气反应：;

Si与氢氟酸反应：；

Si与氢氧化钠溶液反应：o

（2）纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，二氧化硅广泛存

在与自然界中，常见的有沙子石英和水晶，另外二氧化硅也是构成岩石的重要成

分。

二氧化硅与氢氧化钠溶液反应::（盛

放碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞）

二氧化硅与氢氟酸反应：。（用于

刻蚀玻璃）

（3）硅酸为白色粉末状固体，不溶于水，其酸性比碳酸还弱（也可由硅的非金

属性比碳弱推出），其化学式为H2SiO3。SiCh是硅酸的酸酢，但SiO2不溶于

水，所以不能用SiO2与水直接反应得到H2SiO3而只能用可溶性硅酸盐与酸反

应制得。

如：Na2SiO3+C02+H2O=Na2c03+FhSiChl

==

H2SiO3在加热条件下失水变为SiO2：H2SiO3SiO2+H2O

（4）硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是一种矿物胶，具有粘合性。可用作防火剂

课堂练习：

1.下列叙述正确的是（）

A.自然界中存在大量单质硅

B.石英、水晶、硅石的主要成分是二氧化硅

C.二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸碱发生化学反应

D.自然界中二氧化硅都存在于石英矿中

2.可制造熔化烧碱的坨锅材料是（）

A.铁B.陶瓷C.氧化铝D.石英

3.磷酸钙陶瓷也是一种新型无机材料，它可用于制造人造骨骼，这是利用了

这种材料的（）

A.耐高温特性B.电学特性C.光学特性D.生物功能

4.硅酸铜钢是当今最新科学技术合成的一种物质，然而科学家却惊奇的发现,

我国秦朝兵马俑的一种颜料竟是硅酸铜钢。由以上事实推测关于硅酸铜钢的说法

错误的是（）

A.不易分解B.难溶于水C.属于硅酸盐D.属于混合物

5.如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案，则该刻蚀过程中发生的主要化学反

应为（）

A.CaCO3+2HCl=CaCh+H2O+CO2t

B.NaHCO?+HCI=NaCl+H2O+CO2t

C.Si+4HF=SiF4t+2H2t

D.SiO2+4HF=SiF4t+2H2O

6.下列说法错误的是（）

A.硅是制造太阳能电池的常用材料

B.二氧化硅是制造光导纤维的材料

C.常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等起反应

D.水玻璃可用作木材防火剂

7.据报导我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要

成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述不*正确的是（）

A.它耐高温抗氧化

B.它比钢铁轻、硬，但质地较脆

C.它没有固定熔点

D.它是一种新型无机非金属材料

8.构成地壳岩石的主要成分是（）。

A.晶体硅B.二氧化硅C.石英晶体D.硅酸盐

9.下列关于硅酸的叙述，错误的是（）

A.硅酸是一种很弱的酸

B.硅酸可由二氧化硅与水反应制得

C.硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅

D.硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得

10.下列关于硅和硅的化合物的叙述，不正确的是（）

①二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构②硅是地壳中含

量最多的非金属元素③晶体硅是良好的半导体材料④二氧化硅是制造光导

纤维的重要原料⑤S1O2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的⑥SiO2是

酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸

A.①②⑥B.①⑤⑥C.③④⑤⑥D.②⑤⑥

11、A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如下图所示。

A为地壳中含量仅次于氧的非金属单质，其晶体结构与金刚石相似。

请依据信息和转化关系，回答下列问题：

（1）形成单质A的原子结构示意图为，它的最高化合价为o

（2）B的化学式为,B和碳反应生成A和E的化学方程式为o

（3）C的化学式为,D的化学式为o

（4）图中反应（填写序号）能够说明盛装碱液的试剂瓶不能用磨口玻

璃塞而应用橡胶塞，反应的离子方程式为。

（5）A转化为B的条件是o

12.rr三种透明、不溶于水的坚硬固体，八固体在氧气中完全燃烧只得到一种无

色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体的密度为氧气密

度的1.375倍。B固体可溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量酸时，析

出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱

的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热后得到C,C在高温时软化，无司定

熔点。

(1)A为,有关反应的化学方程式；

(2)B为,有关反应