无机非金属材料

页眉内容页脚内容1无机非金属材料（1）主讲：黄冈中学优秀化学教师汪响林一、传统硅酸盐材料1、传统硅酸盐材料简介（1）含义：在材料家族里，有一类非常重要的材料叫做无机非金属材料。最初无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料。像陶瓷、玻璃、水泥等材料及它们的制品在我们日常生活中随处可见。由于这些材料的化学组成多属硅酸盐类，所以一般称为硅酸盐材料。（2）原料：传统硅酸盐材料一般是以黏土（主要成分为）、石英（主要成分为SiO2）、钾长石（主要成分为）和钠长石（主要成分为）等为原料生产的。（3）结构和性质特点：这些原料中一般都含有硅氧四面体——结构单元。由于硅氧四面体结构的特殊性，决定了挂酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。页眉内容页脚内容22、陶瓷（1）原料：黏土（2）设备：窑炉（3）工序：混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。（5）种类：土器、瓷器、炻器等。（6）彩釉：烧制前，在陶瓷制品胚体表面涂一些含金属及其化合物的釉料，在烧结过程中因窑内空气含量的变化而发生不同的氧化还原反应，即产生表面光滑、不渗水且色彩丰富的一层彩釉。彩釉中的金属元素烧制时空气用量与彩釉颜色空气过量空气不足黄、红、褐、黑蓝、绿黄绿红紫、褐褐、黑褐黄、绿、褐蓝绿蓝、淡蓝蓝（7）特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成页眉内容页脚内容3型等许多优点。3、玻璃（1）原料：纯碱、石灰石、石英砂（2）设备：玻璃熔炉（3）工序：原料粉碎→加热熔融→澄清→成型→缓冷→玻璃（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。主要反应：（5）种类及特性：种类特性用途普通玻璃在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃器皿等石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光化学仪器、高压水银灯、紫外灯罩等光学玻璃透光性好、有折光性和色散性眼镜、照相机、显微镜和望远用透镜等玻璃纤维耐腐蚀、耐高温、不导电、隔热、防虫蛀玻璃钢、宇航服、光导、通信材料钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、高强度、抗震裂运动器材、汽车、火车用窗玻璃等有色玻璃蓝色（含）、红色（含）、紫色（含）、绿色（含）、普通玻璃的淡绿色（含二价铁）4、水泥（1）原料：黏土、石灰石、辅助原料页眉内容页脚内容4（2）设备：水泥回转窑（3）工序：原料研磨得生料→生料煅烧得熟料→再配以适量辅料（石膏、高炉矿渣、粉煤灰等）→研磨成细粉→水泥（4）原理：复杂的物理化学变化。（5）成分：硅酸三钙（）、硅酸二钙（）、铝酸三钙（）、铁铝酸钙（）等。（6）特性：水硬性（石膏的作用是调节水泥硬化速度）。5、对比小结水泥玻璃陶瓷主要设备水泥回转窑玻璃熔炉窑炉主要原料石灰石和黏土纯碱、石灰石、石英黏土反应原理复杂的物理化学变化略复杂的物理化学变化反应条件高温高温高温生产工序磨→烧→磨原料→熔体→玻璃混合→成型→干燥→凝结→冷却→陶器主要成分种类不同标号普通玻璃、特种玻璃土器、瓷器、炻器等特性水硬性无固定熔沸点，在一定温度范围内软化可制成各种形状抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体页眉内容页脚内容5二、例题分析：1、有关普通玻璃的叙述，错误的是（）A．玻璃是混合物B．制玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英、粘土C．玻璃不是晶体D．玻璃无固定的熔点答案：B2、在制取水泥、玻璃的生产中，共同使用的主要原料是（）A．Na2CO3B．石灰石C．石英D．焦炭答案：B3、陶瓷已广泛应用于生活和生产中，下列不属于陶瓷制品的是（）A．电器中的绝缘瓷管B．实验室中的坩埚C．实验室中的试管D．建筑上烧制的砖瓦答案：C4、根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是（）①原料中一定有含硅的物质②生成物含硅酸盐页眉内容页脚内容6③反应条件是高温④发生了复杂的物理、化学变化A．①③B．①②③C．①②④D．①②③④解析：生产玻璃和水泥的条件是高温，原料为含硅物质，反应中都发生了复杂的物理、化学变化，产品为硅酸盐。答案：D5、已知某一硅酸盐可表示为Mga(Si4O10)(OH)b（其中a、b为正整数），试回答：（1）a与b应满足的关系是（写表达式）____________________；（2）a能否等于2？__________（填“能”“不能”“无法确定”）（3）a=3的硅酸盐的表达式（以氧化物的形式表示）____________________。解析：（1）根据化合价规则，可列式为：2a＋4×4=2×10＋b简化为2a=b＋4（2）令a=2，则b=0，故不能。（3）当a=3时，b=2，Mga(Si4O10)(OH)b为Mg3(Si4O10)(OH)2，改写为氧化物的形式为：3MgO·4SiO2·H2O答案：（1）2a=b＋4；（2）不能；（3）3MgO·4SiO2·H2O页眉内容页脚内容7-返回-同步测试1、美国科学家分析哈勃望远镜拍摄的照片发现，月球上有丰富的绿柱石矿藏，绿柱石又称绿宝石，其主要成分为BenAl2(Si6O18)，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形成表示，则n为（）A．1B．2C．3D．42、下面对二氧化硅的叙述中，不正确的是（）A．二氧化硅是一种坚硬难溶的固体，化学性质不活泼B．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸C．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸反应D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别3、地壳岩石中含有很多复杂的硅酸盐，像花岗石里的正长石（KAlSi3O8）在空气中长期风化，进行复杂的变化后，能生成的物质是（）A．黏土、砂和无机盐B．高岭土、硅酸盐和氯化钾C．滑石粉、刚玉和硝酸钾D．石灰石、沸石和硅酸钾页眉内容页脚内容84、为了延长食品保质期，防止食品受潮及富脂食品氧化变质，在包装袋中应该放入的化学物质是（）A．硅胶、硫酸亚铁B．食盐、硫酸亚铁C．生石灰、食盐D．无水硫酸铜、蔗糖5、已知高岭土的组成表示为Al2Si2Ox(OH)y其中x、y的数值分别是（）A．7、2B．5、4C．6、3D．3、66、下列不属于硅酸盐材料的是（）A．水泥B．陶瓷C．砖瓦D．刚玉7、下列说法正确的是（）①普通玻璃呈淡绿色是由于含Fe3＋；②坩埚、蒸发皿都属于陶瓷制品；③“唐三彩”是一种玻璃制品；④高温下CaSiO3比CaCO3稳定。A．①②B．②③C．③④D．②④页眉内容页脚内容98、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（）A．Na2O·2CaO·6SiO2B．2Na2O·CaO·6SiO2C．Na2O·CaO·6SiO2D．Na2O·2CaO·SiO29、在普通玻璃的原料中，要得到蓝色玻璃，应加入（）A．Cu2OB．Co2O3C．Fe2O3D．胆矾10、玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（）A．烧碱B．纯碱C．氢氟酸D．盐酸11、熔融烧碱应选用的器皿是（）A．石英坩埚B．普通玻璃坩埚C．生铁坩埚D．陶瓷坩埚隐藏提示1、CBe为ⅡA族元素，根据化合物化合价代数和为零的原则有：（＋2）n＋（＋3）×2＋（＋4）×6＋（－2）×18=0，n=3，故选C。2、C二氧化硅可与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。页眉内容页脚内容103、A依照反应前后元素种类不变，采用排除法：B选项中有氯，C选项中有氮，D选项中有钙，均不合理。4、A硅胶可作干燥剂，吸水防潮；硫酸亚铁可除去包装袋中的氧气，防止富脂食品氧化变质。5、B根据化合价规则：Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，OH为－1价，则有：2×（＋3）＋2×（＋4）＋x×（－2）＋y×（－1）=0，化简得：2x＋y=14，只有B选项符合此不定方程。6、D刚玉的成分是Al2O3。7、D普通玻璃呈淡绿色是由于含Fe2＋；“唐三彩”是一种陶瓷工艺品；由CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑可知，高温下CaSiO3比CaCO3稳定，可见②④正确，选D。8、C玻璃中n（Na2O）∶n（CaO）∶n（SiO2）=。）9、B加入Co2O3得蓝色玻璃，俗称“钴玻璃”；而加入Cu2O得红色玻璃。10、C氢氟酸能和SiO2反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，利用这个反应可以进行玻璃雕花等；烧碱虽然也能和SiO2反应：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，但该反应速率较慢，不适宜于进行玻璃雕刻；故选C。11、C提示：石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2，高温下，烧碱可与SiO2反应：SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O.而铁在高温下也不与NaOH反应。12、下图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子个数之比为__________。原硅酸根离子的结构可表示为二聚硅酸根离子中，只有硅氧键，它的结构可表页眉内容页脚内容11示为__________。隐藏答案答案：1∶2；提示：从石英晶体的平面示意图可以看出：每个网眼由4个Si原子和4个O原子围成，但每个Si原子为4个网眼共有，而每个O原子由2个网眼共有，故：。二聚硅酸为2分子原硅酸（H4SiO4）脱去1分子H2O形成：，则二聚硅酸根的结构式应为：。13、如图所示，已知①单质E可作半导体材料；②化合物F是不能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧页眉内容页脚内容12化物A起反应。据此回答：（1）化合物F是__________；（2）化合物I是__________；（3）反应④的化学方程式是_____________________。隐藏答案答案：（1）CO（2）HF（3）2F2＋2H2O＝4HF＋O2提示：从半导体材料入手进行分析，E可能是硅元素；化合物F为不成盐氧化物，常见不成盐氧化物为CO和NO，结合框图中转化关系可推知E和F分别为Si和CO，则A为SiO2，B为C，反应①的化学方程式为：SiO2＋2CSi＋2CO↑。化合物A是SiO2，它除了与HF反应外不与页眉内容页脚内容13任何酸起反应，由此可判断化合物I是HF，由“氧化物C＋单质DHF＋单质H”可推知反应④为：2F2＋2H2O＝4HF＋O2。由此可推断出全部物质，反应③为：2H2＋O22H2O；反应②为：C＋H2O（g）CO＋H2。本题要求在全面掌握元素及其化合物性质的基础上，善于抓住硅单质的特殊性质为突破口和切入点，其他将迎刃而解。高考解析例1、（重庆）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（）材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅解析：本题考查对物质组成成分的认识。刚玉是三氧化二铝，金刚石是由碳元素组成的单质，而不是三氧化二铝，A项错误。答案：A例2、（广东理基）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料页眉内容页脚内容14A．①②B．②③C．①④D．③④解析：水晶是二氧化硅，不是硅酸盐，排除A和B；光纤是二氧化硅的应用，排除D。答案：C例3、（四川）开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是（）A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料D．单晶硅常用于制造光导纤维解析：B项中C60为分子晶体；C项中纤维素为天然高分子化合物，而纤维素硝酸酯是人工合成的；D项中二氧化硅是制造光导纤维的主要材料。答案：A例4、（全国高考题）碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交错的，在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的溶点从高到低的顺序是（）A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③页眉内容页脚内容15解析：原子半径：C＜Si，故键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，对原子晶体而言，熔点的高低由键能、键长决定，键长越短，键能越大，则熔点越高，因而熔点从高到低的顺序为：①③②。答案：A例5、（上海高考题