无机非金属材料（基础过关）（解析版） (1).docVIP

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无机非金属材料

【基础知识过关】

一、硅酸盐产品

1、硅酸盐的结构

在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图5-18所示每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角;许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，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。

2、传统硅酸盐产品的比较

陶瓷

玻璃

水泥

原料

黏土

纯碱、石灰石、石英

主要原料:石灰石、黏土；辅助原料:适量的石膏等

生产设备

陶窑

玻璃熔炉

水泥回转

主要生产过程

原料经高温烧结而成，发生复杂的物理化学变化

原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；

CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑

原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得。

主要成分

成分复杂

硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)

硅酸三钙(3Ca?SiO2)、硅酸二钙(2CaO?SO2)、铝酸三钙(3CaO?Al2O3)

性能

熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定

透光性好、硬度大、无固定熔点

過水逐渐变硬(水硬性)、硬化后性质稳定

主要用途

建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等

建筑材料、各种器皿、光学仪器等

大量用于建筑、水利、道路等工程中

二、新型无机非金属材料

1、硅单质

1）硅元素的位置、原子的结构及主要化合价

（1）硅元素的位置：第三周期、第ⅣA族

（2）画出硅原子结构示意图：。

（3）硅元素的主要化合价

由于硅原子最外层有4个电子，既难得到4个电子，也难失去4个电子，故硅常以共价键的形式与其它原子结舍，常见化合价为－4，0，＋4，以下是常见的硫化物。标出下列含硅化合物中硅元素的化合价

Mg2Si-4、SiO2+4、Si0、Na2SiO3+4

2）存在

硅单质主要有晶体和无定形两大类。

3）物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。

4）化学性质

(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反应。反应的化学方程式分别为：

与氟气反应：Si＋2F2===SiF4；

与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；

与强碱反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

(2)在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应，写出与氧气反应的化学方程式为Si＋O2eq\o(=====,\s\up7(△))SiO2。

5）主要应用：半导体材料、计算机芯片、太阳能电池

6）高纯硅的制备

写出涉及的主要化学反应为

(a)SiO2＋2Ceq\o(=============,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑

(b)Si＋3HCleq\o(=====,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2

(c)SiHCl3＋H2eq\o(=====,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl

2、二氧化硅

1）存在

自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种。硅石、水晶、石英、玛\t/item/%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A1%85/_blank瑙、砂子、脉石、硅藻土的主要成分都是SiO2。

2）物理性质

熔点高，硬度大，难溶于水。

3）结构

SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的比例为1∶2。

4）化学性质

SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。

(1)SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，写出SiO2与氢氧化钠反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。

(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，写出SiO2与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2＋CaCO3eq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。

(3)在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，写出SiO2与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOeq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3。

(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

5）主要应用：光导纤维

3、硅酸、硅酸盐

1）硅酸

(1)物理性质

硅酸的溶解度小