第5章 第3节 无机非金属材料（Word教参）-【优化指导】2020-2021学年新教材高中化学必修第二册(人教版)

第三节　无机非金属材料 课程内容标准 学业质量水平 1．结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解硅和二氧化硅的主要性质。 2．认识硅酸盐材料、无机非金属材料在生产、生活中的应用。 1．能说明常见物质(硅和二氧化硅、硅酸盐材料)的性质与应用的关系。(水平1) 2．能分析化学科学在开发利用自然资源、合成新物质、保护环境等方面的价值和贡献。(水平2) 一、硅酸盐材料 1．硅酸盐的结构与性质 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(如下图所示)。Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 4个O，每个O周围有 2个Si。 (2)硅酸盐的性质 硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 2．常见的硅酸盐材料 硅酸盐 材料 原料 主要设备 主要成分 陶瓷 黏土 — — 玻璃 纯碱、 石灰石、 石英砂 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 水泥 黏土、石灰石 水泥 回转窑 CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3 二、新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅元素在周期表中的位置及性质 ①Si位于元素周期表的第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。 ②Si元素在自然界主要以硅酸盐和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。 (2)工业制备高纯硅的原理 (3)硅的化学性质及用途 ①与氢氟酸反应，化学方程式为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 ②与NaOH溶液反应，化学方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 ③与O2反应，化学方程式为Si＋O2eq \o(=====,\s\up7(△),\s\do5(　))SiO2。 ④硅的用途：高纯硅可用作半导体材料，用于制造芯片和硅太阳能电池等。 (4)二氧化硅的化学性质及用途 ①化学性质： a．化学性质稳定，不与水、一般的酸反应，但能与HF反应，化学方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。 b．具有酸性氧化物的性质，写出下列反应的化学方程式： 与CaO反应：CaO＋SiO2eq \o(=====,\s\up7(高温),\s\do5(__))CaSiO3。 与NaOH反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ②用途： 纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可用于制造光导纤维，也可用于制造电子工业的重要部件、光学仪器等。 2．新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷 (2)碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 ①富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中C60是富勒烯的代表物。 ②碳纳米管可看成由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 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。 1．巧判断(对的画“√”，错的画“×”) (1)硅元素在自然界中，既有游离态又有化合态(　×　) (2)石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分都是SiO2(　√　) (3)SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，故SiO2是两性氧化物(　×　) (4)普通玻璃和水泥的生产原料中均含石灰石(　√　) (5)高纯硅可用于制造计算机芯片、硅太阳能电池等(　√　) 2．(2019·河北12月学业水平合格考)“嫦娥飞天，玉兔登月”实现了中华民族“九天揽月”的伟大梦想。月兔号月球车上太阳能电池板使用的半导体材料是(　　) A．硫　　 B．硅　　　 C．镁　　 D．铜 B　[镁和铜是金属，是电的良导体；硫是非金属单质，不导电；太阳能电池板使用的半导体材料是高纯硅。] 3．(教材改编题)下列关于硅和二氧化硅的说法不正确的是(　　) A．硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在 B．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 C．二氧化硅可用于制造光导纤维和玻璃 D．二氧化硅的化学性质稳定，常温下不与任何物质发生反应 D　[常温下，SiO2可与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，也可与氢氟酸反应生成SiF4气体。] 4．(2019·江苏学业水平测试)根据反应SiCl4＋2H2eq \o(=====,\s\up7(高温),\s\do5(　))Si＋4HCl可制纯硅。下列关于该反应的说法正确的是(　　) A．H2是氧化剂　　　 B．SiCl4是还原剂 C．H2被氧化　 D．SiCl4发生氧化反应 C　[该反应中，Si元素由＋4价降低到0价，H元素由0价升高到＋1价，则SiCl4是氧化剂，发生还原反应；H2是还原剂，发生氧化