文档内容
第三节 无机非金属材料
[明确学习目标] 1.知道常见的硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷及生产它们的
主要原料。2.了解高纯硅的制备原理。知道硅和二氧化硅的用途。3.知道一些新
型的无机非金属材料硅和二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料等。
学生自主学习
硅酸盐材料
1．无机非金属材料多含有 □ 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。
2．硅酸盐材料主要包括 □ 陶瓷 、 □ 玻璃 、 □ 水泥 等。
3．在硅酸盐中，Si和O构成了 □ 硅氧四面体 ，决定了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。
4．下列硅酸盐材料的主要原料分别是：
陶瓷： □ 黏土 ；玻璃： □ 纯碱、石灰石、石英砂 ；水泥： □ 黏土和石灰石 。
新型无机非金属材料
1．硅元素在周期表中的位置为： □ 第三周期、第 Ⅳ A 族 ，其单质的导电性介
于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的 □ 半导体 材料。
高纯硅的制备原理为：□SiO ＋2C=====Si＋2CO↑；
2
□Si＋3HCl=====SiHCl ＋H ；□SiHCl ＋H =====Si＋3HCl。
3 2 3 2
高纯硅可用于生产计算机芯片和硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤
维。
2．常见的新型陶瓷有： □ 高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷 。
碳化硅——俗称 □ 金刚砂 ——具有类似 □ 金刚石 结构——硬度很大——可作砂
纸、砂轮的磨料。
3．碳纳米材料主要包括 □ 富勒烯、碳纳米管、石墨烯 等。
1．单质硅在常温下化学性质稳定，所以硅在自然界中以游离态存在，这种
说法是否正确？为什么？提示：不正确。硅属于亲氧元素，虽然在常温下稳定，但在漫长的地质年代
中，硅元素和氧结合在一起，都以化合态存在，主要以二氧化硅及硅酸盐的形式
存在。
2．实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
提示：玻璃中含有SiO ，SiO 与碱反应生成具有黏合作用的硅酸盐，使瓶口
2 2
和瓶塞黏结在一起而难以开启。
课堂互动探究
一、二氧化硅
1．硅元素的存在
2．二氧化硅
(1)存在
SiO 存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙
2
子、光导纤维的主要成分均是SiO 。
2
(2)结构
SiO 晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的正四面体结构的晶
2
体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个Si原子。(3)物理性质
熔点高，硬度大，难溶于水。
(4)化学性质
(5)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材料，可以制作光导纤维。
2
③石英和玛瑙用来制作饰物和工艺品。
④实验室中使用的石英坩埚。
二、常见的硅酸盐——Na SiO
2 3
实验探究：
硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃。三、硅酸盐氧化物形式的书写
硅酸盐由于组成比较复杂，通常用氧化物的形式表示其组成，改写时的规律
为：
(1)顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水；氧化物之间
以“·”隔开。
(2)原则：各元素原子总个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。
例 如 ： 钠 长 石 NaAlSi O 不 能 写 成 Na O·Al O ·3SiO ， 应 写 成
3 8 2 2 3 2
Na O·Al O ·6SiO 。
2 2 3 2
(3)各元素的化合价不能改变。
矿泉水一般是由岩石风化后，被地下水溶解其中的可溶部分生成的，
此处所指的风化作用是指矿物与水和CO 同时作用的过程。例如长石(KAlSi O )
2 3 8
风化生成高岭土[Al Si O (OH) ]，此反应的离子方程式为：
2 2 5 4
2KAlSi O ＋2H CO ＋5H O===2K＋＋2HCO＋4H SiO ＋Al Si O (OH)
3 8 2 3 2 2 3 2 2 5 4
(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。
①KAlSi O _____________________________________________________。
3 8
②Al Si O (OH) _________________________________________________。
2 2 5 4
(2)上述反应能够发生的原因是__________________________。
[批注点拨][解析] (1)将硅酸盐化学式写成氧化物时，需将氧以外的元素写成同价态的
氧化物，并按活动性顺序排列，用“·”将它们连接起来，各种元素原子个数比
符合原来的组成。
(2)此反应属于酸与盐发生的复分解反应，能发生的原因是酸性：
H CO >H SiO 。
2 3 2 3
[答案] (1)①K O·Al O ·6SiO ② Al O ·2SiO ·2H O (2)H CO 的酸性比
2 2 3 2 2 3 2 2 2 3
H SiO 强
2 3
[练1] 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( )
A．钙沸石[Ca(Al Si O )·3H O]，表示为Al O ·CaO·3SiO ·3H O
2 3 10 2 2 3 2 2
B．镁橄榄石(Mg SiO )，表示为MgO·SiO
2 4 2
C．钾云母(K Al Si H O )，表示为K O·2H O·3Al O ·6SiO
2 6 6 4 24 2 2 2 3 2
D．硅酸铜钡(BaCuSi O )，表示为BaO·CuO·2SiO
2 6 2
答案 D
解析 A项，Ca(Al Si O )·3H O应改为 CaO·Al O ·3SiO ·3H O(排序错)；B
2 3 10 2 2 3 2 2项，Mg SiO 应改为2MgO·SiO (不能在系数中出现分数)；C项，
2 4 2
K Al Si H O 应改为K O·3Al O ·6SiO ·2H O(排序错)。
2 6 6 4 24 2 2 3 2 2
[练 2] 将过量的 CO 分别通入：① CaCl 溶液；②浓 Na SiO 溶液；
2 2 2 3
③Ca(OH) 溶液；④饱和Na CO 溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
2 2 3
A．①②③④ B．②④
C．①②③ D．②③
答案 B
解析 CO 溶于水：CO ＋H OH CO ，H CO 的酸性比盐酸弱，而比硅酸
2 2 2 2 3 2 3
强。根据酸与盐反应的规律，CO 通入CaCl 溶液无明显现象；过量的CO 通入
2 2 2
浓 Na SiO 溶液中有白色沉淀 H SiO 生成；CO 通入 Ca(OH) 溶液至过量，
2 3 2 3 2 2
Ca(OH) ＋CO ===CaCO ↓＋H O，CaCO ＋H O＋CO ===Ca(HCO ) ，最终生成
2 2 3 2 3 2 2 3 2
Ca(HCO ) 而无沉淀；过量 CO 通入饱和 Na CO 溶液中：Na CO ＋H O＋
3 2 2 2 3 2 3 2
CO ===2NaHCO ↓，生成的NaHCO 溶解度比Na CO 溶解度小而结晶析出，故
2 3 3 2 3
选B。
规律方法
强酸制弱酸原理
强酸可与弱酸盐反应生成相应的弱酸和强酸盐，而弱酸一般不与强酸盐反应。
如：
(1)2CH COONa＋H SO ===2CH COOH＋Na SO
3 2 4 3 2 4;
(2)2CH COOH＋Na CO ===2CH COONa＋H O＋CO ↑；
3 2 3 3 2 2
(3)Na SiO ＋CO ＋H O===Na CO ＋H SiO ↓；
2 3 2 2 2 3 2 3(4)CaCl ＋CO ＋H O不反应。
2 2 2
本课归纳总结
1.硅酸钠水溶液俗称水玻璃，常用于制备黏合剂、防腐剂和耐火材料。
2．传统的无机非金属材料主要有水泥、玻璃和陶瓷。
3．硅以化合态存在于自然界中，常用作半导体材料和合金材料。
4．石英、水晶、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO 。
2
5．必记的几个反应
(1)SiO ＋2C=====Si＋2CO↑
2
(2)Si＋3HCl=====SiHCl ＋H
3 2
(3)SiHCl ＋H =====Si＋3HCl
3 2
(4)SiO ＋4HF===SiF ↑＋2H O
2 4 2
(5)SiO ＋2NaOH===Na SiO ＋H O
2 2 3 2
学习效果检测
1．SiO 属于酸性氧化物的理由主要是( )
2
A．硅是非金属元素
B．SiO 对应的水化物是可溶性弱酸
2
C．SiO 能与强碱反应生成盐和水
2
D．SiO 不能与酸反应
2
答案 C
2．在①浓硝酸、②水、③盐酸、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，常温时能
与二氧化硅起化学反应的有( )
A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
答案 C
3．和空气接触可发生非氧化还原反应的物质是( )
①Na ②Na SiO 溶液 ③Na O ④烧碱溶液
2 3 2 2
⑤石灰水 ⑥Fe(OH)
2
A．①③④ B．②④⑤
C．②③⑥ D．①④⑤
答案 B解析 Na在空气中与O 反应生成Na O；Na O 在空气中与CO 和H O均能
2 2 2 2 2 2
反应生成O ；Fe(OH) 在空气中与O 和水反应生成Fe(OH) ，以上过程均有元素
2 2 2 3
化合价的变化，是氧化还原反应。
4．下列说法正确的是( )
A．CO ＋H O＋Na SiO ===H SiO ↓＋Na CO ，说明酸性：H CO >H SiO
2 2 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3
B．SiO ＋Na CO =====Na SiO ＋CO ↑，说明酸性：H SiO >H CO
2 2 3 2 3 2 2 3 2 3
C．在复分解反应中必须是酸性强的生成酸性弱的
D．已知酸性：H CO >HClO>HCO，则 CO ＋H O＋2NaClO===Na CO ＋
2 3 2 2 2 3
2HClO
答案 A
解析 由于H CO 能与盐反应生成H SiO ，则说明H CO 酸性大于H SiO ，
2 3 2 3 2 3 2 3
A正确；在B项中，由于在高温条件下反应，CO 为气体溢出，不能说明酸性强
2
弱；在C项中，H S＋CuSO ===CuS↓＋H SO ，此反应为弱酸生成强酸；在 D
2 4 2 4
项中由HClO>HCO，产物应为NaHCO 。
3
5．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中( )
A．具有玻璃塞的细口瓶 B．具有玻璃塞的广口瓶
C．带滴管的滴瓶 D．具有橡胶塞的细口瓶
答案 D
解析 NaOH、KOH等碱性溶液能与玻璃中的SiO 反应生成具有黏性的物质，
2
将瓶塞和瓶口黏结在一起以及液体存放在细口瓶中，固体存放在广口瓶中。
6．某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，
查阅资料得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO 可制得Si；
2
②Mg在点燃的条件下按质量比8∶5与SiO 反应生成一种白色固体化合物和
2
另一种硅化物；
③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH ；
4④Si和SiO 均不能与稀H SO 反应；
2 2 4
⑤SiH 在空气中自燃。
4
他们的研究报告中记载着“……选用合适的物质在适合的条件下充分反应；
再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……用稀硫酸
溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期的 63%左右。”请
回答下列问题：
(1)该小组“实验室制Si”的化学反应方程式是________________。
(2)写出②的反应方程式：______________________________________。
(3)该过程中产率比预期低的原因是________________________________。
(4)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是什么？
请用必要的文字和化学方程式予以说明：_________________。
答案 (1)2C＋SiO =====Si＋2CO↑
2
(2)SiO ＋4Mg=====2MgO＋Mg Si
2 2
(3)部分硅与镁反应生成了硅化镁
(4)SiH 能自燃，而有爆鸣声和火花就是由 SiH 的自燃引起的，SiH ＋
4 4 4
2O ===SiO ＋2H O
2 2 2
解析 (1)碳可以在高温下还原 SiO 制得 Si。反应的化学方程式为 2C＋
2
SiO =====Si＋2CO↑。
2
(2)(3)Mg与SiO 反应类似于Mg与CO 的反应，先生成MgO和Si，Si再和
2 2
Mg反应生成Mg Si，故可生成MgO和Mg Si。
2 2
