2021学年第三节 无机非金属材料学案

第三节　无机非金属材料

新课情景呈现

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。

课前素能奠基

新知预习

一、硅酸盐材料

1．无机非金属材料

2．传统无机非金属材料

二、新型无机非金属材料

1．硅和二氧化硅

(1)硅元素的存在与结构

(2)单质硅的制备：

粗硅的制取 反应化学方程式：

(3)硅和二氧化硅的用途

2．新型陶瓷

3．碳纳米材料

碳纳米材料在__能源、信息、医药__等领域有着广阔的应用前景。

预习自测

1．下列试剂中，能用带玻璃塞的试剂瓶贮存的是(　C　)

A．氢氟酸　　　　　　　　　 B．氢氧化钠溶液

C．盐酸  D．水玻璃

解析：氢氟酸与SiO2反应生成SiF4气体，A项错误；NaOH溶液与SiO2反应中生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液是一种黏合剂，B项错误；盐酸与玻璃中成分不反应，C项正确；水玻璃是Na2SiO3的溶液具有黏性，D项错误。

2．下列反应不能一步完成的是(　B　)

A．SiO2→Na2SiO3  B．SiO2→H2SiO3

C．Na2SiO3→H2SiO3  D．H2SiO3→SiO2

解析：SiO2难溶于水，不能一步实现，B项符合题意。

3．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的航天服，我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。

下列相关叙述错误的是(　B　)

A．它耐高温、抗氧化

B．它比钢铁轻，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

解析：碳化硅、陶瓷和碳纤维具有耐高温抗氧化性能，A项正确；“连续纤维增韧”航空材料比钢铁轻、硬，该材料具有良好韧性，B项错误；此材料是混合物，没有固定熔点，C项正确；该材料由无机物复合而成，为新型无机非金属材料，D项正确。

4．《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　)

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

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。

课堂素能探究

知识点

二氧化碳与二氧化硅的性质比较

问题探究

1．盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞，你知道这是为什么吗？

提示：试剂瓶的瓶塞一般是毛玻璃，易与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠溶液，从而使瓶塞与瓶壁黏合在一起而难以打开，所以盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞。

2．SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？

提示：SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。

知识归纳总结

二氧化碳与二氧化硅的性质比较

┃┃典例剖析__■

典例 下列叙述正确的是(　C　)

A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似

B．因为CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强

C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂

D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物

解析：CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似，但物理性质差别很大，A项错误；硅酸的酸性比H2CO3弱，反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B项错误；CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂，C项正确；SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐，所以SiO2不是两性氧化物，D项错误。

┃┃变式训练__■

　2018年11月5日至7日，世界光纤光缆大会在杭州举行。本次大会以“一个光纤连接的智能世界”为主题，围绕“全球光纤光缆供需走势”、“5G和物联网带来的需求展望”、“一带一路”倡议和“智能制造”等热点议题展开深入讨论与交流。光缆的主要成分为SiO2。

下列叙述正确的是(　C　)

A．CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸

B．SiO2与CO2都不能与酸反应

C．SiO2与CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应

D．水晶的主要成分是SiC

解析：SiO2与H2O不反应，A项错误；SiO2与HF反应，B项错误；SiO2和CO2都与NaOH溶液反应生成盐和H2O，C项正确；水晶的主要成分是SiO2，D项错误。

名师博客呈现

高纯硅的制备原理

其中涉及的主要化学反应：

SiO2＋2CSi＋2CO↑

Si＋3HClSiHCl3＋H2

SiHCl3＋H2Si＋3HCl

〔即时训练〕

单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为

①SiO2＋2CSi＋2CO↑　②Si＋2Cl2SiCl4

③SiCl4＋2H2Si＋4HCl

下列对上述三个反应的叙述中，错误的是(　D　)

A．①③为置换反应

B．②为化合反应

C．①②③均为氧化还原反应

D．三个反应的反应物中硅元素均被还原

解析：反应①③中硅元素被还原，反应②中硅元素被氧化，D项错误。