考点04-硅酸盐材料与无机非金属材料(要点总结).doc

2019-2020学年高一化学期末复习高频考点通关（人教版2019必修第二册）
考点04 硅酸盐材料与无机非金属材料
复习要点
1.了解传统的硅酸盐制品和新型的无机非金属材料的组成与应用。
2.认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。
核心梳理
1.传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
①常见硅酸盐材料比较

陶瓷
普通玻璃
普通水泥
原料
黏土
纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)
主要原料：石灰石、黏土
辅助原料：适量的石膏
设备
陶瓷窑
玻璃熔炉
水泥回转窑
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(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
特点
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘
玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品
具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维
大量用于建筑和水利工程
②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
2.新型无机非金属材料
（1）高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。
（2）生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。
（3）压电陶瓷：具有压电效应。
（4）超导陶瓷：在临界温度时电阻为零的陶瓷。

※碳化硅(SiC)——一种高温结构陶瓷
碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接而形成，与金刚石的结构类似，具有硬度大和优异的高温抗氧化性能。
（5）碳纳米材料
①富勒烯：是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60。
②碳纳米管：是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，具有高强度和优良的电学性能。
③石墨烯：是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。
上述碳纳米材料，与金刚石、石墨等均为碳的同素异形体。
典型例题
例1 根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是(　　)
A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料
B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是生物陶瓷
C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，它用于制造陶瓷发动机的受热面
D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差
【答案】D
【解析】高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等，属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，A正确；氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，是一种生物陶瓷，B正确；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C正确；新型无机非金属材料不但克服了传统无机非金属材料的缺点，而且同时还具有较高的强度和耐磨性，能抵抗冷热冲击，且有电学性能等若干优点，D错误。
变式强化
氮化硅陶瓷因其熔点高，对于金属及氧化物熔体具有相当的高温稳定性，越来越多地被应用于热工的各个领域，如陶瓷烧成棚板、辊棒，以及高温轴承、涡轮叶片等。
(1)下列关于氮化硅陶瓷的说法正确的是________(填字母)。
A.硅粉合成氮化硅的反应属于氧化还原反应
B.氮化硅陶瓷属于硅酸盐
C.氮化硅陶瓷可用于制造磨刀材料
D.太阳能光伏产业的主体材料为氮化硅
(2)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________(填字母)。
A.制汽轮机叶片 B.制有色金属
C.制永久性模具 D.制造柴油机
(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：______________________________________________________________。
(4)在烧结氮化硅陶瓷的过程中，二氧化硅、碳、氮气以物质的量之比3∶6∶2反应生成两种化合物。
①该反应的化学方程式为_______________________________________________________。
②该反应中氧化剂与还原剂的质量比为___________________________________________。
【答案】(1)AC　(2)ACD (3)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
(4)①3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO ②7∶9
【解析】(1)Si与N2反应前后，N、Si元素的化合价发生变化，故属于氧化还原反应，A正确；氮化硅属于新型高温结构陶瓷，不属于硅酸盐，B错误；根据氮化硅的性能，可用于制造磨刀材料，C正确；太阳能光伏产业的主体材料为硅，D错误。
(4)①硅原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，在氮化硅中硅显＋4价，氮显－3价，根据化合物中化合价代数和等于零的原则，可得氮化硅的化学式为Si3N4。烧结Si3N4的反应物为SiO2、N2、C，生成物为Si3N4和另一种化合物，则有3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋另一种化合物，根据原子守恒可得另一种化合物为CO，故反应的化学方程式为3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO。②根据反应3SiO2＋2N2＋6CSi3N4＋6CO，氮元素价态降低，N2为氧化剂，碳元素价态升高，C单质为还原剂，其质量比为(2 mol×28 g·mol－1)∶(6 mol×12 g·mol－1)＝7∶9。