第4章材料家族中的元素 第1节硅无机非金属材料第2课时1 水晶制品 H2SiO3是SiO2的对应水化物（ SiO2是H2SiO3的酸酐）， 三、硅酸（H2SiO3） Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 SiO32- + 2H+ = H2SiO3 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3 SiO32- + H2O + CO2= CO32- + H2SiO3 是一种白色不溶性酸，其酸性比H2CO3还弱 。 制法： 三 硅酸盐与无机非金属材料 H2SiO3不溶于水的酸，酸性比H2CO3弱 Na2SiO3 +H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3 （硅酸是溶于水的酸，故不能直接溶于水制得 ） 硅酸盐：一般是由硅，氧，金属组成的化合物 （1）硅酸盐的表示 通常氧化物的形式来表示其组成。表示方法：金属 氧化物在前，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间 用“”隔开。 例：Na2SiO3可以写成 Na2O SiO2 制备: Na2SiO3+HCl=2NaCl+H2SiO3 新型无机非金属材料的主要品种、性能及用途 氧化铝（ Al2O3）陶瓷（人造刚玉） 主要 特性 高熔点；高硬度；可制成透明陶瓷；无 毒、不溶于水，强度高；对人体有较好的适应 性 主要 用途 高级耐火材料，刚玉球磨机；高压钠灯的灯管、 人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等 氮化硅（Si3N4）陶瓷 主要 特性 超硬度，耐磨损；抗腐蚀，高温时也抗氧化； 抗冷热冲击而不碎裂；耐高温且不易传热； 本身具有润滑性 主要 用途 制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具 等机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热 面等 （2）硅酸盐的工业产物 玻璃 传统的无机材料 原料：纯碱 石灰石 石英 设备：玻璃熔炉 条件：高温熔融 主要反应： Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 主要成分：硅酸钠，硅酸钙，二氧化硅 （没有一定的熔点） 有色玻璃:在玻璃中添加有色氧化物 如:蓝色 氧化钴(Co2O3) 红色 氧化亚铜(Cu2O) 有色玻璃 钢化玻璃 钢化玻璃:普通玻璃加热熔化急速冷却 ，强度为普通玻璃4-6倍，不易破碎，即使破碎了，碎块也没有 尖锐是棱角。 水泥 原料：黏土，石灰石，石膏 设备：水泥回转窑 条件：煅烧 主要成分：3CaOSiO2硅酸三钙 2CaOSiO2硅酸二钙 3CaOAl2O3铝酸三钙 (水硬性) 名称 水泥 砂浆 原料水泥 沙子 水 用途建筑 粘合剂 混凝土 水泥 沙子 碎石 建造厂房 钢筋 混凝土 钢筋 混凝土 建造高楼 桥梁 水坝 几种常见的水泥制品 名称 水泥 砂浆 原料水泥 沙子 水 用途建筑 粘合剂 混凝土 水泥 沙子 碎石 建造厂房 钢筋 混凝土 钢筋 混凝土 建造高楼 桥梁 水坝 几种常见的水泥制品 硅酸盐与无机非金属材料 玻璃水泥陶瓷 原料 纯碱、石灰石、 石英 粘土、 石灰石 粘土 反应 原理 CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 NaCO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 高温下发生复 杂的物理、化 学变化 烧结时发生复杂物理 、化学变化 反应 条件 高温高温高温 生产 过程 原料熔体玻璃磨烧磨 混合成型干燥 凝结冷却陶器 高温 高温 强热冷却 主要 成分 SiO2 CaSiO3 Na2SiO3 硅酸二钙:2CaOSiO2 硅酸三钙:3CaOSiO2 铝酸三钙:3CaOAl2O3 硅酸盐 特性 非晶体，透明、无 固定熔点，可在一 定温度范围内软化 水硬性：无论在水中还是 在空气中均能硬化（是不 可逆过程） 抗氧化、抗酸碱腐 蚀、耐高温、绝缘 种类 普通玻璃、特种玻 璃 不同标号 土器、陶器、瓷器 、炻器等 用途 化学仪器、光学仪 器、运动器材、通 讯器材、窗玻璃、 玻璃瓶、杯 建筑材料 (1)化学实验中的坩 埚、蒸发皿(2)建筑 中的砖、瓦(3)电器 中的绝缘瓷 高温结构陶瓷在航天事业 的运用原因 是因为它具有耐高温，耐 氧化，超强，超硬的特点 。 它可以在各种的环境下使 用。同时也是造汽车发动 机，喷气发动机的理想材 料，大大提高能源的利用 率。 高温结构陶瓷 几种新型陶瓷材料 生物陶瓷 这种陶瓷强度大，韧性 好，与人体亲和力好。 是目前人体骨骼和牙齿 的重要移植材料。 在这一领域，我国处于 领先水平。 高压钠灯高压钠灯 透明氧化铝陶瓷 硅元素 单质硅 F2，HF，NaOH 加热能与某 些非金属单 质反应（O2 、Cl2） O2 二氧化硅是光导纤维 的主要原料，光导纤 维可用作通讯材料和 制造医用内窥镜等 硅可制造集成路、 太阳能电池等；硅 合金可用来制造变 压器铁芯、耐酸设 备等。 C 高温 HF 无游离态 常温不活泼 只有化合态 SiO2 硅酸盐 Na2SiO3、 CaSiO3 知识整合： 同步练习 1.下列关于硅的说法不正确的是( ) A.硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色的，有金属光泽 B.硅的导电能力界于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C.当加热到一定温度时，硅能与O2、Cl2等非金属单质反应 D.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 【解析】选D。硅的化学性质不活泼，常温下可与强碱溶液、氢氟酸 等反应。 D 2.下列表述正确的是( ) 太阳能电池可采用硅材料制造，其应用有利于环保、节能 化学家采用玛瑙研钵研磨固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成 分是硅酸盐 三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料 夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜 来保护眼睛 A. B. C. D. C 【解析】选C。太阳能电池无污染；玛瑙的主要成分是二 氧化硅；水泥是硅酸盐产品；变色眼镜的有色玻璃片 添加了某些有色物质。 3.下列有关硅的化合物说法正确的是 A.SiO2与CO2相似，由一个硅原子和两个氧原子构成一个SiO2分子 B.硅酸盐一般不溶于水，它是水泥、陶瓷、玻璃的主要成分 C.H2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如盐酸)反应 制得 D.SiO2是酸性氧化物，能和碱反应，不能和酸反应 【易错选项】A B 【易错剖析】(1)易错选项分析 错选A的原因在于对SiO2这个化学式分析不到位。SiO2并不是说一个硅原 子结合两个氧原子形成一个SiO2分子；正确的是SiO2是由硅原子和氧原 子形成的立体网状结构，在这个网状结构中，硅原子与氧原子个数比是 12。 4.下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( ) 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A. B. C. D. 【解析】选C。光导纤维的成分是SiO2，错；水晶的主要成分是SiO2， 而不是硅酸盐，错。硅酸盐是一些岩石的成分，对，陶瓷的主要成 分为硅酸盐，对。 C 5.石灰石是许多工业的原料之一，但生产下列物质时不需要石灰石的是( ) A.硅酸 B.水泥 C.玻璃 D.生石灰 【解析】选A。硅酸的制取需要硅酸盐和较强的酸，不需要石灰石，A项 符合题意。 A 6.对于化学方程式SiO2+3C SiC+2CO，有关叙述正确 的是( ) A.反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂 B.硅元素被还原了，碳元素被氧化了 C.在反应中C既是氧化剂又是还原剂 D.在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为21 【解析】选C。从反应方程式可以看出，只有碳元素化合价 发生了变化，在反应中碳既是氧化剂又是还原剂，且氧化 剂和还原剂质量比为12。 C 7.(双选)2010年11月11日，乾隆官窑“青花红彩龙纹如意耳葫芦瓶”以8 344万元成交，创下国内瓷器拍卖最高纪录。瓷器是传统的无机硅酸盐产 品，下列试剂可用于洗涤瓷器的是( ) A.烧碱溶液 B.氢氟酸 C.水 D.硝酸溶液 【解析】选C、D。瓷器的成分中含有二氧化硅，二氧化硅可与烧碱溶液 、氢氟酸反应。 CD 8.硅是重要的工业原料。 (1)写出工业制硅的化学方程式_。 (2)工业上由粗硅制取高纯硅有如下反应： Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)(放热381 kJ) SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) 对上述反应的说法，正确的是_。 A.均为置换反应和氧化还原反应 B.反应、实际上互为可逆反应 C.由于反应放热，则反应一定吸热 D.由上述反应可知硅的还原性比氢气强 950 = 【解析】工业上用炭还原二氧化硅制硅；从粗硅制取高纯硅的两反应分 析，两反应均为置换反应，也必然是氧化还原反应。两反应条件不同， 所以不是可逆反应。反应放热，相反反应必吸热。由方程式并不能 比较出H2和硅还原性的强弱。 答案：(1)SiO2+2C Si+2CO (2)A、C 9.无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两类 。 (1)硅酸盐材料是传统无机非金属材料，下列属于硅酸盐产品的是 _。 玻璃 陶瓷 石英玻璃 硅芯片 光导纤维 水泥 砖瓦 (2)制造普通玻璃的主要原料是_、_、_，发生的主要反应 有_、_。 (3)水泥是重要的工业原料，据统计，2010年二季度我国水泥产量为51 262万吨，同比增长14.7%。水泥具有_性，与水掺和搅拌并静置后， 很容易凝固变硬。 (4)磷酸钙陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造人造骨骼，这是 利用了这类材料具有_。 A.耐高温的特性 B.电学特性 C.光学特性 D.生物功能 【解析】石英玻璃、光导纤维的主要成分都是二氧化硅，硅芯片是高纯 度的硅；制造普通玻璃的主要原料有纯碱、石灰石、石英；水泥具有水 硬性；磷酸钙陶瓷可用于人体，则是利用其生物功能。 答案：(1) (2)纯碱 石灰石 石英 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 (3)水硬 (4)D AC 10.（双选选）下列叙述正确的是（ ） A.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体的主要成分相同 B.用石灰抹墙墙和用水泥砌墙过墙过 程的硬化原理相同 C.玻璃、陶瓷、水泥容器均不能贮贮存氢氢氟酸 D.任何酸均不能与酸性氧化物反应应 11根据水泥、玻璃和陶瓷的生产过产过 程，总结总结 出硅酸盐盐工 业业的一般特点是( ) 原料一定有含硅元素的物质质 生成物是硅酸盐盐 反应应条件是高温 发发生复杂杂的物理、化学变变化 A和 B C D D 4石英玻璃是用较纯净较纯净 的二氧化硅制成的。下列关于二氧化硅和 石英玻璃的有关说说法不正确的是( ) A二氧化硅晶体中Si、O原子个数比为为12 B石英玻璃中含有硅酸盐盐、二氧化硅，耐任何酸碱腐蚀蚀 C石英玻璃制成的光导纤维导纤维 是一种新型无机非金属材料 D石英玻璃有较较高的熔点 BD 解析：石英玻璃中的SiO2与氢氢氟酸反应应