(人教版) 2025高一化学寒假衔接讲练②寒假预习-第03讲 无机非金属材料（教师版）.docVIP

第03讲无机非金属材料

模块一思维导图串知识

模块二基础知识全梳理（吃透教材）

模块三教材习题学解题

模块四核心考点精准练（7大考点）

模块五小试牛刀过关测

（基础练10题）（提升练6题）

1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。

2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。

3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识。

一、硅酸盐材料

1．无机非金属材料

从组成上看，许多无机非金属材料多含硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。

2．硅酸盐及其结构

(1)硅酸盐的结构

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si。

(2)硅酸盐的特性

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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

3．常见的硅酸盐材料

陶瓷

普通玻璃

普通水泥

原料

黏土

纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)

主要原料：石灰石、黏土，辅助原料：适量的石膏

设备

陶瓷窑

玻璃窑

水泥回转窑

主要成分

含水的铝硅酸盐

硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)

硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)

用途

建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等

建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等

大量用于建筑和水利工程

二、硅和二氧化硅

1.单质硅

①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

②高纯硅的制备：

(1)硅的存在与结构

存在

原子结构示意图

周期表中位置

含量

存在形态

地壳中居第二位

氧化物和硅酸盐

第三周期ⅣA族

(2)高纯硅的制备

eq\x(石英砂)eq\o(―――――――→,\s\up7(焦炭),\s\do5(1800～2000℃))eq\x(粗硅)eq\o(――→,\s\up7(HCl),\s\do5(300℃))eq\x(SiHCl3)eq\o(――――→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))eq\x(高纯硅)

①②③

其中涉及的主要化学反应为

①SiO2＋2Ceq\o(==========,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑

②Si＋3HCleq\o(=====,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2

③SiHCl3＋H2eq\o(=====,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl

(3)硅的用途

高纯硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。

2.二氧化硅的性质

①晶体类型：共价晶体，SiO2用于生产光导纤维。

②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。

③高温下，Na2CO3、CaCO3与SiO2反应制玻璃的化学方程式为：

Na2CO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。

④与氢氟酸反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

【归纳总结】

(1)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但石墨为导体、硅为半导体。

(2)非金属单质一般不与酸反应，但Si既能与NaOH溶液反应又能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

(3)SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物，SiO2属于酸性氧化物。

(4)SiO2能与氢氟酸反应，故不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。

三、新型无机非金属材料

1．新型陶瓷

新型材料

成分

性能

主要应用

金刚砂

碳化硅(SiC)

硬度大、耐高温、抗氧化

磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料

高温结构陶瓷

碳化硅、氮化硅、金属氧化物

耐高温、抗氧化、耐腐蚀

用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等

压电陶瓷

钛酸盐、锆酸盐等

能实现机械能和电能的相互转化

用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等

透明陶瓷

氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷

具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好

用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等

超导陶瓷

—

临界温度下具有超导性

用于电力、交通、医疗等领域

2.碳纳米材料

概念

性能