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新人教高三化学专题复习10-4：硅及无机非金属材料
新考纲测试目标和能力要求 1．了解社会发展和科技进步对无机非金属材料的要求。了解化学对无机非金属材料科学发展的促进作用。
2．了解无机非金属材料的特点，了解有关的生产原理。
4．了解我国现代无机非金属材料研究和非金属材料工业的发展情况。了解无机新非金属材料的发展方向。
知识体系和复习重点 一、硅及其化合物的性质释疑
（1）硅化学性质不活泼，但自然界中却没有游离态的硅，它以二氧化硅、硅酸盐等形式存在。
（2）硅的还原性比碳强，但碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑；这是由于生成物CO是气体逸出的原因。工业上将Na和KCl的混合物升温至K的沸点以上Na的沸点以下，使K逸出制取K，原理与上相同。
（3）硅的亲氟性：非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成：Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑。另如：Si+2F2=SiF4 4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
（4）非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却不然：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑。
（5）虽然SiO2是硅酸的酸酐，但却不能用SiO2与水反应制备硅酸，而只能用可溶性硅酸盐跟酸作用来制备。Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3↓＋2NaCl
（6）酸性氧化物一般不与酸反应（除氧化—还原反应外），而二氧化硅却能与氢氟酸反应。
（7）无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。
（8）反应Na2SiO3＋CO2＋2H2ONa2CO3＋H4SiO4↓、Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑能够进行，这是由于前者生成不溶于强酸的沉淀，后者生成气体逸出的缘故。
（9）非金属氧化物一般是分子晶体，而二氧化硅却是原子晶体。
（10）硅酸盐的水溶液俗称水玻璃，但它和玻璃的化学成分并不相同。硅酸钠也叫泡花碱，但它是盐而不是碱。
（11）Si的工业制法:①制取粗硅——含少量杂质的硅:SiO2＋C纯:Si（粗）＋Cl2
SiCl4 SiCl4＋2H2
Si（纯）＋4HCl
Si＋2CO↑②粗硅提
（12）在硅酸盐的氧化物表示式中，氧化物的排列顺序是：金属氧化物SiO2·H2O；当有多种金属氧化物时，活泼金属的氧化物写在前面。
二、硅酸盐工业简介
1．水泥:普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·Si02)、硅酸二钙(2CaO·Si02)和铝酸三钙(3CaO·A1203)等。
2．玻璃:玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等。玻璃没有固定的熔、沸点。 3．比较水泥和玻璃的生产方法(见下表)硅酸盐产品
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4．陶瓷
(1)制造陶瓷的主要原料：粘土。
(2)制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、陶器
(3)陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分)：土器、陶器、瓷器、炻器等。硅酸盐的组成可以用氧化物形式来表示例高岭石：A12(Si205)(OH)4可表示为：A1203·2Si02·2H20
三、新型无机非金属材料 1．无机非金属材料的分类
(1)传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
(2)新型无机非金属材料：无机复合材料、生物陶瓷、人工晶体、超硬材料、高温结构陶瓷、光学材料、半导体陶瓷、导体陶瓷、瓷性材料??。 2．新型无机非金属材料的特性
(1)耐高温、强度高（2）具有电学特性（3）具有光学特性（4）具有生物功能 3．高温结构陶瓷
(1)高温结构陶瓷的优点：能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。
(2)高温结构陶瓷的种类：
①氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。
②氮化硅陶瓷：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。
③碳化硼陶瓷：具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。
4．光导纤维(光纤)
(1)光导纤维的特点：传导光的能力非常强，抗干扰性能好，不发生电辐射等。
(2)光导纤维的应用：通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。
典例解析 例1． 对硅酸盐水泥的叙述不正确的是（） A、是硅酸盐、铝酸盐、石膏等物质的混合物 B、水泥沙浆又称混凝土
C、具有水硬性，在空气或水中都能硬化，硬化是化学变化过程。
D、水泥的热膨胀系数几乎跟钢铁一样
解析：水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，可看作硅酸盐和铝酸盐，石膏是为了调节水泥硬化速度，水泥沙浆在建筑上用作粘合剂，混凝土是水泥、砂子和碎石按
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一定比率的混和物硬化后的产物，直接用于建造桥、房屋等建筑。水泥硬化的过程中石膏与水泥中的硅酸三钙、铝酸三钙起反应，生成凝胶状物质。答案为B。
例2．普通玻璃中含13%的Na2O、11.7%的CaO、75.3%的SiO2，用氧化物的形式表示普通玻璃组成的化学式是 。
解析：欲确定化学式，需知Na2O、CaO、SiO2三种氧化物物质的量之比。
因此，普通玻璃的化学式为Na2O·CaO·SiO2
例3、三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为__________ ，它中和胃酸（HCl）的化学方程式是___________________。
解析：若直接写Mg2Si3O8·nH2O与HCl（aq）的反应，则无从下手，先将Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物形式：2MgO·3SiO2·nH2O，再写与HCl（aq）的反应则较易。
答案：2MgO·3SiO2·nH2O 2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl间有下图所示的关系：
2MgCl2＋3SiO2＋（n＋2）H2O
例4、A、B是短周期元素的单质，甲、乙、丙、丁是仅含短周期元素的化合物，它们之
试回答下列问题：
（1）A是__________________，原因是_________________________。 （2）B是________，写出工业上由甲制A的化学方程式：______________。 （3）写出各化合物的化学式：甲______________、乙_______________、丙_____________、丁_____________。
解析：单质A能与NaOH（aq）反应产生H2，在短周期元素的单质中只有Si和Al： Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑ Na2SiO3和NaAlO2分别与过量HCl（aq）的反应为：
Na2SiO3＋2HCl＋H2O＝H4SiO4↓＋2NaCl NaAlO2＋4HCl＝AlCl3＋NaCl＋2 H2O H4SiO4可失水生成SiO2，而AlCl3和NaCl皆不能：H4SiO4SiO2＋2H2O 故A为Si，甲为SiO2，丙为H2O。
答案：（1）Si 短周期元素的单质能与NaOH（aq）反应放出H2的只有Al和Si，但铝的氢氧化物溶于过量盐酸受热不发生分解反应
（2）O2 SiO2＋2CSi＋2CO （3）SiO2 Na2SiO3 H2O H4SiO4
例5、1996年诺贝尔化学奖授予对发现C有重大贡献的三位科学家。C分子是形如球
60
60
状的多面体（如图所示），该结构的建立基于以下考虑：
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①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键； ②C60分子只含有五边形和六边形；
③多面体的顶点数，面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：
据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含双键数为30。请回答下列问题：
（1）固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是__________，理由是__________。 （2）通过计算，确定C60分子所含单键数为__________。
（3）C70分子也已制得，它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知。通过计算确定C70分子中五边形数目为__________，六边形数目为__________。 解析：
金刚石与C60互为同素异形体，前者属原子晶体、高熔点、高沸点、硬度大，后者则为分子晶体，因此，熔点较高者应为金刚石。 根据欧拉定律可列式：60＋12＋20－键数＝2 键数＝90，因双键数为30，单键数则为60。
设C70分子中五边形数为x，六边形数为y，由题意可列式：
【共有70
个C原子，每个C原子与其它3个C原子成键，每两个C原子间共用一个棱边（键），故有总键数（棱边数）：
】
（此式根据欧拉定律列出）
解之：得 x＝12（五边形数） y＝25（六边形数）
答案：（1）金刚石 （2）60 （3）12，25
点评：此题起点较高，有一定的难度，将结构化学和立体几何学紧密结合在一起，关键在于如何将欧拉定律中的顶点、棱边等对应C60结构中C原子数、化学键数。一个C原子对应一个顶点，一个碳碳键对应一个棱边，图示一个顶点有3条棱，即一个C原子与3个C原子成键（包括单键、双键），尽管该题难度较大，但这种把化学概念抽象成数学问题，然后又利用数学工具解决化学问题的题型很难说不会重现在高考试题中。
专题预测与训练 一、选择题
１．下列哪些材料是新型无机材料
（ ）
①氧化铝陶瓷 ②氮化硅陶瓷 ③碳化硅陶瓷 ④氮化铝陶瓷 ⑤氮化钛陶瓷 ⑥硅化硼陶瓷 ⑦二硅化铜陶瓷 Ａ．①②③
Ｂ．①③④⑤
Ｃ．①⑤⑥
Ｄ．全部都是
（ ）
2．能正确表示下列反应的化学方程式是
A．黄铁矿煅炼：2FeS2+5O2
FeO+4SO2
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