5.3 无机非金属材料（精品学案）-2021-2022学年高一化学同步学习高效学讲练（人教版2019必修第二册）

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2021-2022 学年高一化学同步学习高效学与练（精品学

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

课程学习目标

1．通过查阅资料，了解传统无机非金属材料的原料、成分，认识无机非金属材料在生产中的应用。

2．通过硅、二氧化硅的结构及性质的学习，认识硅单质、二氧化硅在生产中的应用。

3．通过新型无机非金属材料的学习，认识新型无机非金属材料在生产中的应用。

学科核心素养

宏观辨识与微观探析：能从二氧化硅、二氧化碳的结构角度分析两者性质的差异，形成“结构决定性质”的观

念

科学态度与社会责任：能通过无机非金属材料的学习，认识化学对社会发展的重要贡献，具有可持续发展意识，

能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断

【新知学习】

看到计算机的芯片，传导电话的光缆，化学实验的玻璃仪器，你能想象得出它们都是以硅或硅的化合物材料制

成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？让我们走进教

材一起学习无机非金属材料。

人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、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。

一．硅酸盐材料

传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。

1.硅酸盐的结构、特点

结构特点

硅氧四面体

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

2.陶瓷

产品主要原料制备过程生产应用

陶瓷　黏土　 Ï 原料经高温烧结而成建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等

3.玻璃和水泥

产品主要原料主要设备主要成分用途

普通

玻璃

纯碱、石灰石、石英

砂

玻璃窑

Na2SiO3、

CaSiO3、 SiO 2

建筑材料、光学仪器、各种器皿、

高强度复合材料等

水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸盐

和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大

量用于建筑和水利工程

【例题 1】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，

则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)

A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐

B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理、化学变化

C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦

D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料

【答案】A

【解析】

沙子的主要成分为二氧化硅，二氧化硅是氧化物，不属硅酸盐，A项错误；黏土烧制成瓦的过程为复杂的物理

化学变化过程，B项正确；青瓦和红瓦是在冷却时区别的，C项正确；由“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无

砂粘土而为之”可知，D项正确。

二．新型无机非金属材料

1.硅和二氧化硅

（1）硅元素的存在

硅在地壳中的含量为 26.3%，仅次于氧，在地壳中含量居第二位。硅是一种亲氧元素，其在自然

界中总是与氧相互化合，自然界中以化合态态形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。

硅原子和碳原子最外层电子数为 4 个，它们既难失去电子，也难得到电子，其中碳

是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。

（2）硅的工业制法及提纯

――→――→――→

涉及的化学方程式：

①SiO2+2C Si+2CO↑

②Si+3HCl SiHCl3+H2

③SiHCl3+H2 Si+3HCl

硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。

（3）二氧化硅（SiO2）

SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的 12%，天然SiO2存在

形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是 SiO 2 。

二氧化硅中每个 Si 周围结合 4 个O，Si 在中心，O在 4

个顶角；许多个这样的四面体又通

过顶角的 O 相连，每个 O 与 2

个

Si 相结合，二氧化硅晶体中 Si 和O按 1:2 的比例组成立

体网状结构的晶体，二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不

导电，不溶于水，化学性质稳定。

【拓展】SiO2的化学性质：

①不与水、一般的酸反应

②具有酸性氧化物的通性

分别写出SiO2与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式：

SiO2＋ CaO ===== CaSiO 3 ； SiO 2＋ 2NaOH == =Na 2SiO3＋ H 2O ；

与Na2CO3反应：固体高温条件下 SiO2＋ Na 2CO3===== Na 2SiO3＋ CO 2↑

③特性：与氢氟酸反应，化学方程式为： SiO 2＋ 4HF == =SiF 4↑ ＋ 2H 2O 。

二氧化硅的用途：

① 沙子是基本的建筑材料。

②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。

③实验室中使用的石英坩埚。

④ 水晶和玛瑙制作饰物和工艺品。

【思考】实验室盛装 NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而为什么不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有 SiO2）

氢氧化钠与二氧化硅反应生成硅酸钠，使瓶口黏结无法打开

【例题 2】下列有关硅及其化合物的叙述中,正确的是(　　)

A.硅是光导纤维的主要成分

B.硅是构成岩石与许多矿物的基本元素

C.SiO2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应

D.可以通过 SiO2与水反应一步制得硅酸

【答案】B　

【解析】光导纤维的主要成分是二氧化硅,故A错误;硅是亲氧元素,岩石与许多矿物的基本元素中含有 Si 元素,故

B正确;SiO2是酸性氧化物,但可与氢氟酸发生反应,故C错误;二氧化硅不溶于水,不能通过 SiO2与水反应一步制得

硅酸,故D错误。

2.新型陶瓷

新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，

如碳化硅(化学式SiC)俗称金刚砂，碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构，硬度很大、优异

的高温抗氧化性能，用作砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料。

其它新型陶瓷

材料类别主要特性示例用途

高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、

永久性模具等

压电陶瓷具有电学特性钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测

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