第三節(jié)·無機非金屬材料新人教版·必修二·第五章

化工生產中的主要非金屬元素1.了解硅酸鹽及其結構特點，了解傳統硅酸鹽產品(陶瓷、玻璃、水泥)的工業(yè)生產(原料、設備等)。2.了解硅、二氧化硅和硅酸鈉的性質，認識碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機非金屬材料。3.知道硅及其化合物在材料家族中的應用，增強關注社會的意識和責任感。核心素養(yǎng)發(fā)展目標【思考1】通過觀看視頻，結合教材P19頁，總結歸納出材料分為哪些類別？傳統無機非金屬材料有哪些？新型無機非金屬材料有哪些？課堂導入材料分類無機非金屬材料金屬材料：包含純金屬和合金有機高分子材料傳統無機非金屬材料：如玻璃、陶瓷、水泥新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纖維等復合材料材料按照化學組成和特性纖維、橡膠、樹脂、塑料由兩種或兩種以上的材料按照一定的方式組成的材料。硅氧耐高溫抗腐蝕硬度高光學電學【思考2】閱讀教材P19頁，了解傳統無機非金屬材料的組成元素及結構有什么特點？1.無機非金屬材料從組成上看，許多無機非金屬材料多含

、

等元素，具有

、

、

等特點，以及特殊的

、

等性能?！獋鹘y的無機非金屬材料在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體(結構如圖所示——Si在中心，O在四面體的4個頂角，每個Si結合4個O，每個O結合2個Si。)：硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。一、硅酸鹽材料【思考3】根據課本P20-21，結合下表找出三大硅酸鹽材料的原料、工藝設備和成分等。2.常見的硅酸鹽材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料_________________________________________________主要原料：____________，輔助原料：適量的石膏設備陶瓷窯________________主要成分含水的鋁硅酸鹽______________、____________、____________

硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學儀器、各種器皿、制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程黏土純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)石灰石、黏土玻璃窯水泥回轉窯硅酸鈉(Na2SiO3)硅酸鈣(CaSiO3)二氧化硅(SiO2)一、硅酸鹽材料【思考4】根據硅酸鹽改寫為氧化物形式的改寫的原則，將以下硅酸鹽改寫成其氧化物。3.硅酸鹽的表示方法：歸納總結：硅酸鹽用氧化物表示的原則①排列順序:活潑金屬氧化物?較活潑金屬氧化物?二氧化硅?水；②化學計量數：計量數以整數書寫，元素化合價不變、原子比例不變。長石(KAlSi3O8)：________________。高嶺石Al2Si2O5(OH)4:_________________。K2O·Al2O3·6SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O硅灰石(CaSiO3):____________CaO·SiO2一、硅酸鹽材料普通玻璃以純堿、石灰石和石英砂為原料，經混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復雜的物理和化學變化而制得。寫出其中發(fā)生反應的化學方程式。思考1為什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點？思考2Na2CO3＋SiO2===CO2↑＋Na2SiO3、CaCO3＋SiO2===CaSiO3＋CO2↑高溫高溫在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體(如圖)：結構決定性質，所以硅酸鹽材料大多具有以上等特點。一、硅酸鹽材料(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的混合物(

)(2)硅酸鹽結構較為復雜，大多不溶于水，化學性質很穩(wěn)定(

)(3)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價鍵結合(

)(4)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土(

)(5)陶瓷、玻璃、水泥的生產都需要在高溫下進行(

)(6)玻璃和水泥生產中都發(fā)生復雜的物理和化學變化(

)判斷正誤×√√√√√課堂檢測12.硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽，硅酸鈉易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，具有黏結力強、耐高溫等特性，常用作黏合劑和防火劑。(1)硅酸鈉溶液與鹽酸反應生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式是_______

。(2)過量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，反應的離子方程式是_____________

。2H＋===H2SiO3↓課堂檢測1物理性質化學性質白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，有很強的黏合性。與酸反應：Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓硅酸：高中化學唯一難溶性酸①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑用途一、硅酸鹽材料4.硅酸鈉Na2SiO3硅酸(H2SiO3)的性質(1)難溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液變紅；(2)與堿反應：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O；一、硅酸鹽材料(3)不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3===H2O＋SiO2。5.硅酸H2SiO3（4）可做干燥劑硅膠

(1)硅的存在與結構【思考5】結合元素周期表，畫出硅元素的原子結構示意圖，并與碳元素作比較。思考硅元素在地殼中為什么不以硅單質的形態(tài)存在？1.原子結構角度：硅類比同主族元素碳，最外層電子數都是4個電子，原子既不容易失電子也不容易得到電子?；瘜W鍵鍵能Si-O鍵452kJ·mol-1C-O鍵358kJ·mol-12.化學鍵角度：硅氧鍵鍵能高，硅具有親氧性，以二氧化硅和硅酸鹽形式存在二、新型無機非金屬材料1.硅3.物質結構角度：[SiO4]穩(wěn)定的四面體結構，硅酸鹽和二氧化硅的結構穩(wěn)定硅是一種親氧元素OSi(1)硅元素的存在與結構存在原子結構示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第___位___________________

______________二氧化物和硅酸鹽第三周期、第ⅣA族二、新型無機非金屬材料1.硅①硅的物理性質半導體【思考6】根據圖片歸納總結硅的物理性質？(2)硅元素的性質

二、新型無機非金屬材料1.硅晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體，其結構類似于金剛石，熔沸點很高、硬度大，導電能力介于導體和絕緣體之間，是良好的________材料。②硅的化學性質常溫下能與氟氣、氫氟酸、強堿等反應。________________________________________________________________________________________________________________________加熱時能與氧氣、氯氣、碳等反應。Si＋2F2===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑Si＋O2=====SiO2

Si＋2Cl2=====SiCl4

Si＋C=====SiC△△△【思考6】結合視頻嘗試用化學用語解釋如何制備高純硅？二、新型無機非金屬材料1.硅制備原理制備流程反應方程式

用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質的粗硅，然后轉化為三氯硅烷，再經氫氣還原。粗硅的制備粗硅變純硅

目前提得最純的元素是半導體村料硅，其純度已達到12個"9"—99.9999999999%粗硅制備為什么需要高溫條件?？SiO2→Si用力拉出氧原子！高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域。利用其半導體性能可以制成計算機、通信設備和家用電器等芯片，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等的硅太陽能電池。（3）硅的用途1.硅二、新型無機非金屬材料（1）二氧化硅的結構2.二氧化硅二、新型無機非金屬材料

二氧化硅晶體是由硅氧四面體形成的具有空間網狀結構的晶體。具有較高的耐火、耐高溫性；熱膨脹系數小、高度絕緣、耐腐蝕、壓電效應、諧振效應以及其獨特的光學特性，因此二氧化硅通常應用于生產光導纖維。（2）二氧化硅的性質2.二氧化硅二、新型無機非金屬材料①SiO2物理性質從硅在自然界中的存在，你能看出二氧化硅具有哪些物理性質嗎？SiO2是一種難溶于水的非金屬氧化物，硬度大，熔點高SiO2有結晶態(tài)（如瑪瑙、沙子、石英等）和無定形態(tài)（如硅藻土）兩種，統稱為硅石①SiO2是酸性氧化物，能與強堿溶液反應，SiO2與NaOH溶液反應的化學方程式為:②生產磨砂玻璃時可以用氫氟酸溶蝕玻璃，是因為氫氟酸溶液可與SiO2反應，其化學方程式為：

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OSiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

【思考7】有同學由此得出來SiO2是兩性氧化物，你認為這個觀點對嗎？提示不對，SiO2只與氫氟酸反應，不與其他的酸(如鹽酸、硝酸等)反應。（2）二氧化硅的性質2.二氧化硅二、新型無機非金屬材料②SiO2化學性質①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光導纖維的基本原料；③水晶、石英和瑪瑙可制作飾品和工藝品；④水晶用來制造電子工業(yè)中的重要部件。光導纖維能導電嗎？不能，光纖通信的原理：光在二氧化硅形成的光密介質中全反射傳遞信息，傳播的不是電信號。（3）二氧化硅的用途2.二氧化硅二、新型無機非金屬材料歸納總結新型材料成分性能主要應用金剛砂___________硬度

、耐______、抗氧化磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料高溫結構陶瓷碳化硅、氮化硅、金屬氧化物耐

、抗氧化、耐_____用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽等能實現

能和

能的相互轉化用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等碳化硅(SiC)大溫高高溫腐蝕機械電3.新型陶瓷二、新型無機非金屬材料透明陶瓷氧化鋁、氧化釔等透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷具有優(yōu)異的光學性能、耐高溫、

好用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導陶瓷—臨界溫度下具有超導性用于電力、交通、醫(yī)療等領域絕緣性4.碳納米材料二、新型無機非金屬材料碳納米材料富勒烯碳納米管由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱,代表物C60開啟了碳納米材料研究和應用的新時代是由石墨片層卷成的管狀物有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低，熱導率高，具有很高的強度。應用于光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面1.判斷正誤(1)晶體硅熔點高、硬度大，故可用作半導體材料(

)(2)石英砂可用于生產單晶硅(

)(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可與水反應(

)(4)氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料(

)(5)向硅酸鈉溶液中通入適量CO2，出現白色沉淀，證明碳的非金屬性強