第3节
无机非金属材料
【知识点1】硅酸盐材料
【资料卡片P19】硅酸盐的结构
在硅酸盐中，
Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图5-18
所示。每个Si结合
个O，Si在中心，
O在四面体的四个顶
角。许多这样的四面体还可通过顶角的O相互连接。每个O
为两个四面体所共有，与
个Si相结合。硅氧四面体结构的
特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度
、熔点
，难溶
于
、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
图5-18
[SiO4]
1、陶瓷
陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)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Na2SiO3、CaSiO
3和、SiO2，它是以
、
和
(主要成分为SiO2)为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。试写出相应的化学方程式：
①
；
②
。
3、水泥
普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料，再加入少量
(用于调节水泥的硬化化速度)。
【知识点2】新型无机非金属材料
1、硅和二氧化硅
【资料卡片】高纯硅的制备
工业制备高纯硅的原理示意图如下，请依图写出相应的化学方程式：
(1)
，氧化剂是
，还原剂是
。
(2)
，氧化剂是
，还原剂是
。
(3)
，氧化剂是
，还原剂是
。
利用高纯硅的
性能可以制成
和
电池。二氧化硅可用来生产
。
二氧化硅(SiO2)为立体网状结构晶体，表现在物理性质上为它的熔点
、硬度
、不
溶于
。表现在化学性质上为化学性质很不活泼。
⑴与酸(只与氢氟酸)反应：
【思考】①可用
刻蚀玻璃。如在玻璃容器上刻刻度线。
②盛装氢氟酸的试剂瓶不可用
瓶。
⑵与碱性氧化物反应:
SiO2是一种
氧化物，能与碱性氧化物反应生成相应的盐。
与氧化钙反应：
⑶与强碱反应(如氢氧化钠)：
盛装NaOH溶液的试剂瓶用
塞而不用
塞。
(4)与碳酸盐反应:
①高温下与Na2CO3反应:
②高温下与CaCO3反应:
这是工业上制玻璃的的两个重要反应.
2、新型陶瓷
新型陶瓷在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。例如，碳化硅(俗称
)，具有类似金刚石的结构，硬度很大，使用温度可能达到16000C。
3、碳纳米材料
碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
富勒烯(代表物：C60)是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。
碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的的直径。其比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。
石墨烯是只有一个碳原子厚度的单层石墨，其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。
【过关练习】
1、下列不属于传统硅酸盐产品的是(
)
A．玻璃
B．水泥
C．光导纤维
D．陶瓷
2、下列物质中，不能与NaOH溶液反应的是(
)
A．碳酸氢钠
B．硅酸钠
C．氧化铝
D．氢氧化铝
3、向下列溶液中滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加硫酸沉淀又溶解的是(
)
A.Na2SiO3
B.BaCl2
C.FeCl3
D.
NaAlO2
4、用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：
⑴计算机芯片的主要成分是
；
⑵光导纤维的主要成分是
：
⑶目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是
；
5、能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是
(
)
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中可形成硅酸胶体
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
6、在SiO2+3CSiC+2CO↑反应中，氧化剂和还原剂的质量比为(
)
A．36∶30
B．60∶36
C．2∶1
D．1∶2
4、钠长石可表示(NaAlSi3Oa)，则
a为
，以氧化物形式表示为
。
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无机非金属材料
【知识点1】硅酸盐材料
【资料卡片P19】硅酸盐的结构
在硅酸盐中，
Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图5-18
所示。每个Si结合4个O，Si在中心，
O在四面体的四个顶
角。许多这样的四面体还可通过顶角的O相互连接。每个O
为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的
特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高，难溶
于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
图5-18
[SiO4]
1、陶瓷
陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)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Na2SiO3、CaSiO
3和、SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2)为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。试写出相应的化学方程式：
①2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑；
②CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
3、水泥
普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料，再加入少量石膏(用于调节水泥的硬化化速度)。
【知识点2】新型无机非金属材料
1、硅和二氧化硅
【资料卡片】高纯硅的制备
工业制备高纯硅的原理示意图如下，请依图写出相应的化学方程式：
(1)
SiO2+2C
Si+2CO↑，氧化剂是SiO2，还原剂是C。
(2)
Si
+
3HCl
SiHCl3+H2，氧化剂是HCl，还原剂是Si。
(3)
SiHCl3+H2
Si+3HCl，氧化剂是SiHCl3，还原剂是H2。
利用高纯硅的半导体性能可以制成芯片和硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤维。
二氧化硅(SiO2)为立体网状结构晶体，表现在物理性质上为它的熔点高、硬度大、不
溶于水。表现在化学性质上为化学性质很不活泼。
⑴与酸(只与氢氟酸)反应：
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
【思考】①可用氢氟酸刻蚀玻璃。如在玻璃容器上刻刻度线。
②盛装氢氟酸的试剂瓶不可用玻璃瓶.
⑵与碱性氧化物反应:
SiO2是一种酸性氧化物，能与碱性氧化物反应生成相应的盐。
与氧化钙反应：CaO+
SiO2
CaSiO3
⑶与强碱反应(如氢氧化钠)：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。
(4)与碳酸盐反应:
①高温下与Na2CO3反应:
Na2CO3+
SiO2
Na2SiO3+
CO2↑
②高温下与CaCO3反应:
CaCO3
+SiO2
CaSiO3
+CO2↑
这是工业上制玻璃的的两个重要反应.
2、新型陶瓷
新型陶瓷在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。例如，碳化硅(俗称金刚砂)，具有类似金刚石的结构，硬度很大，使用温度可能达到16000C。
3、碳纳米材料
碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。
富勒烯(代表物：C60)是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。
碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的的直径。其比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。
石墨烯是只有一个碳原子厚度的单层石墨，其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。
【过关练习】
1、下列不属于传统硅酸盐产品的是(
C
)
A．玻璃
B．水泥
C．光导纤维
D．陶瓷
2、下列物质中，不能与NaOH溶液反应的是(
B
)
A．碳酸氢钠
B．硅酸钠
C．氧化铝
D．氢氧化铝
3、向下列溶液中滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加硫酸沉淀又溶解的是(
D
)
A.Na2SiO3
B.BaCl2
C.FeCl3
D.
NaAlO2
4、用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：
⑴计算机芯片的主要成分是
Si
；
⑵光导纤维的主要成分是
SiO2
：
⑶目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是
Si
；
5、能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是
(
B
)
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中可形成硅酸胶体
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
6、在SiO2+3CSiC+2CO↑反应中，氧化剂和还原剂的质量比为(
D
)
A．36∶30
B．60∶36
C．2∶1
D．1∶2
4、钠长石可表示(NaAlSi3Oa)，则
a为
8
，以氧化物形式表示为Na2O·Al2O3·6SiO2。
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