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专题 03 无机非金属材料
知识梳理
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
硅氧四面体
2.陶瓷
产品 主要原料 制备过程 生产应用
陶瓷 黏土 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 纯碱、石灰石、石英 Na 2 SiO 3 、 建筑材料、光学仪器、各种器皿、
玻璃窑
玻璃 砂 CaSiO 、 SiO 高强度复合材料等
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和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大
水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 硅酸盐
量用于建筑和水利工程
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：
①SiO+2C Si+2CO↑
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②Si+3HCl SiHCl +H
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③SiHCl +H Si+3HCl
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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（SiO）
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SiO 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SiO
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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
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。
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】SiO 的化学性质：
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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SiO 与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式：
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SiO ＋ CaO ===== CaSiO ； SiO ＋ 2NaOH == =N a SiO ＋ H O ；
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与NaCO 反应：固体高温条件下SiO ＋ N aCO ===== Na SiO ＋ CO ↑
2 3 2 2 3 2 3 2
③特性：与氢氟酸反应，化学方程式为： SiO ＋ 4HF == =SiF ↑ ＋ 2H O 。
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二氧化硅的用途：
① 沙子 是基本的建筑材料。
②纯净的SiO 是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作 光导纤维 。
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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SiO）
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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
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
主要特性 示例 用途
类别
汽轮机叶片、轴承、永
高温结构陶瓷 能承受高温，强度高 氮化硅陶瓷
久性模具等
压电陶瓷 具有电学特性 钛酸钡陶瓷 声呐系统、气象探测等
氧化物透明陶瓷和 高压钠灯、激光器和高
透明陶瓷 具有光学特性
非氧化物透明陶瓷 温探测窗等
超导陶瓷 具有超导性 超导陶瓷 电力、交通、医疗等
3.碳纳米材料
(1)富勒烯:由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其代表物为C 。
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(2)碳纳米管:由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大,有相当高的强度和优
良的电学性能,可用于生产复合材料、电池和传感器等。
(3)石墨烯:只有一个碳原子直径厚度的单层石墨,其电阻率低、热导率高，具有很高的强度，应用于光电器
件、超级电容器、电池和复合材料。
4.特殊功能的含硅材料：
①含4%硅的硅钢具有 导磁 性，主要用作 变压器的铁芯 ；
②人工合成的硅橡胶是最好的 既耐高温又耐低温 的橡胶，用于 火箭、飞机、导弹的零件和绝缘材料
；
③人工制造的分子筛，主要用作 吸附剂和催化剂 。
