53無機(jī)非金屬材料（精講）-2022-2023學(xué)年高一化學(xué)（人教版2019）（原卷版）

5.3無機(jī)非金屬材料【學(xué)科核心素養(yǎng)】1.了解硅酸鹽及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品(陶瓷、玻璃、水泥)的工業(yè)生產(chǎn)(原料、設(shè)備等)。2.了解硅和二氧化硅的性質(zhì)，認(rèn)識碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機(jī)非金屬材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的應(yīng)用，增強(qiáng)關(guān)注社會的意識和責(zé)任感?！局R講解】一、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料1.硅酸鹽及其結(jié)構(gòu)(1)硅酸鹽的概念硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。它們種類繁多、組成各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在自然界中廣泛存在。(2)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。每個Si結(jié)合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結(jié)合。(3)硅酸鹽的特性硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。2.常見的硅酸鹽材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土輔助原料：適量的石膏設(shè)備—玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分成分復(fù)雜硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)特點(diǎn)抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣玻璃是非晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)，無固定熔點(diǎn)，在某一溫度范圍內(nèi)軟化可加工成制品具有水硬性，與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、制造玻璃纖維大量用于建筑和水利工程例1.下列關(guān)于硅酸鹽材料的說法錯誤的是()A.生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅C.陶瓷的主要原料是黏土D.硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅(1)硅的存在與性質(zhì)①硅在自然界主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在；②單質(zhì)硅是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料；③高溫下，硅能與氧氣反應(yīng)生成SiO2，與氯氣反應(yīng)生成SiCl4。(2)二氧化硅的性質(zhì)①二氧化硅硬度大、熔點(diǎn)高，不溶于水；②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；③具有氧化性：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑；④特性：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。2.新型陶瓷(1)新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比，在成分上有很大的變化，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。(2)常見新型陶瓷及其用途(連線)(3)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷——碳化硅(SiC)碳化硅俗稱金剛砂，它是由碳原子和硅原子通過共價鍵連接而形成，與金剛石的結(jié)構(gòu)類似，具有硬度大和優(yōu)異的高溫抗氧化性能。3.碳納米材料(1)富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。(2)碳納米管是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。比表面積大，具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能。(3)石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度?！咎貏e提醒】碳納米材料有不同的結(jié)構(gòu)碳原子排列方式不同和性質(zhì)。例2.高純度晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料。它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機(jī)的一場“革命”。它可以按下列方法制備：SiO2eq\o(→,\s\up11(①C),\s\do4(高溫))Si(粗)eq\o(→,\s\up11(②HCl),\s\do4(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up11(③過量H2),\s\do4(1100℃))Si(純)下列說法不正確的是()A.步驟①的化學(xué)方程式：SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑B.步驟①中每生成1molSi，轉(zhuǎn)移4mol電子C.步驟③中的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)D.高純硅是制造太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料【隨堂檢測】1．（2022春·黑龍江佳木斯·高一建三江分局第一中學(xué)?？计谥校┯纱諷iO2(含少量Fe2O3、Al2O3雜質(zhì))制備純SiO2的流程如圖所示，下列說法錯誤的是A．X可用作木材防火劑B．步驟Ⅱ中的主要反應(yīng)是C．SiO2是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的常用材料D．若在實驗室中完成步驟Ⅲ，一般在坩堝中進(jìn)行2．（2022春·山東濟(jì)南·高一?？茧A段練習(xí)）下列說法正確的是A．SiO2溶于水且顯酸性B．CO2通入水玻璃可得硅酸C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D．SiO2在常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)3．（2022春·重慶巫山·高一校考期末）化學(xué)與生產(chǎn)、生活、科研密切相關(guān)。下列說法錯誤的是A．氮化硅陶瓷、光導(dǎo)纖維、硅酸鹽水泥均屬于新型無機(jī)非金屬材料B．火箭發(fā)射時使用液氫和液氧作推進(jìn)劑，是利用燃燒反應(yīng)提供能量C．月球探測器使用的太陽能電池板，其主要成分是單質(zhì)硅D．制造月球探測器中的瞄準(zhǔn)鏡時使用的光導(dǎo)纖維，其主要成分是二氧化硅4．（2022春·貴州黔東南·高一校考階段練習(xí)）近年來，我國在探索太空、開發(fā)5G等方面都取得了舉世矚目的成就，這些成就都離不開化學(xué)材料的開發(fā)和利用，下列有關(guān)說法正確的是A．華為首款5G搭載了智能7nm制程SoC“麒麟980”芯片的主要成分是SiO2B．我國新一代運(yùn)載火箭長征八號使用的碳化硅陶瓷是傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料C．5G技術(shù)離不開光纜，我國光纜線路總長超三千萬千米，光纜的主要成分是Si晶體D．碳納米管有高強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等5．（2022春·江西宜春·高一校考階段練習(xí)）下列說法中不正確的是A．一定條件下SiO2可與堿和氫氟酸反應(yīng)，故其屬于兩性氧化物B．制玻璃、水泥的原料都用到石灰石C．太陽能電池板的主要材料為晶體硅，光導(dǎo)纖維的主要材料是二氧化硅D．沙子、石英、水晶的主要成分都是SiO26．（2022秋·北京順義·高一牛欄山一中?？茧A段練習(xí)）導(dǎo)電陶瓷是一種新型陶瓷，除能導(dǎo)電外，還具有耐高溫、抗氧化、抗腐蝕等性能，廣泛用作航天器、發(fā)動機(jī)的絕熱材料。按陶瓷中導(dǎo)電的物質(zhì)不同，導(dǎo)電陶瓷有氧化鋯(ZrO2)、二硅化鉬(MoSi2)、碳化硅(SiC)、鉻酸鑭(LaCrO3)等類型。下列說法不正確的是A．導(dǎo)電陶瓷的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定B．上述導(dǎo)電物質(zhì)中屬于氧化物的是ZrO2、LaCrO3C．鉻酸鑭由三種元素組成D．碳化硅中硅、碳元素的質(zhì)量比為7∶37．（2022春·山西朔州·高一?？茧A段練習(xí)）宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料C．高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕8．（2022春·山西晉中·高一?？茧A段練習(xí)）諾貝爾物理學(xué)獎曾授予“光纖之父”英國華裔科學(xué)家高錕以及兩位美國科學(xué)家威拉德?博伊爾和喬治?史密斯。光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應(yīng)生成硅酸B．SiO2+2CSi+2CO↑，由此可推出還原性：C>SiC．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強(qiáng)而被用于制造光纜D．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應(yīng)9．（2022春·廣東廣州·高一?？计谥校┫铝姓f法不正確的是A．氮的三種固定方式，都發(fā)生了氧化還原反應(yīng)B．現(xiàn)代信息社會用于傳遞信號的光纖的主要成分為硅C．漢代燒制出“明如鏡、聲如磬”的瓷器，其主要原料為黏土D．山西博物院陳列的元青花瓷的原料有高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示為Al2O3·2SiO2·2H2O10．（2022春·浙江·高一杭州市長征中學(xué)?？计谥校┫铝姓f法不正確的是A．粗硅制備單晶硅涉及氧化還原反應(yīng)B．我國自主研發(fā)的“龍芯1號”CPU芯片與光導(dǎo)纖維是同種材料C．SO2是形成酸雨的主要污染物之一D．Na2O2可作為呼吸面具或潛水艇中氧氣的來源11．（2022春·山東濰坊·高一校考階段練習(xí)）下列關(guān)于硅及其化合物的敘述正確的是A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅B．硅單質(zhì)可用于制造硅太陽能電池C．二氧化硅在電子工業(yè)中是重要的半導(dǎo)體材料D．二氧化硅與氫氟酸和氫氧化鈉均能反應(yīng)，屬于兩性氧化物12．（2022春·山東濰坊·高一?？茧A段練習(xí)）下列有關(guān)硅酸鹽材料的說法正確的是A．生產(chǎn)普通玻璃的主要原料為石灰石、純堿和晶體硅B．水晶、瑪瑙、石英等主要成分都是SiO2C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料D．水泥、玻璃、陶瓷是三大傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品，都是純凈物13．（2022春·廣西桂林·高一?？计谥校┫铝形镔|(zhì)與反應(yīng)中，不需要高溫條件的是A．C B． C． D．14．（2022春·湖北襄陽·高一?？计谥校┫铝杏嘘P(guān)硅及其化合物的說法中正確的是A．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B．反應(yīng)①，反應(yīng)②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+C