第五章 第三节 无机非金属材料-【精彩三年】2020-2021学年高中新教材化学必修第二册课程探究与巩固配套word（人教版 浙江专版）

第三节　无机非金属材料 课程解读 课标要点 学科素养 了解传统的陶瓷、玻璃和水泥的硅酸盐生产和工艺。 认识传统硅酸盐应用的社会价值。 了解硅、二氧化硅等新型无机非金属材料的性质与用途。 能从宏观和微观相结合的视角分析并理解硅和二氧化硅的主要性质。 知识点一　硅酸盐材料 1．定义：由__硅__、__氧__和金属组成的化合物的总称。 2．结构：硅、氧构成硅氧四面体，其结构为____， 每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。 3．性质：硬度__高__，耐高温，__难__溶于水，化学性质__稳定__，耐腐蚀等。 4．三种常见的硅酸盐产品 硅酸盐 产品 原料 主要 设备 主要成分 用途 陶瓷 黏土 陶瓷窑 含水的铝硅酸盐 用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃 __纯碱、石灰石、石英砂__ 玻璃窑 __Na2SiO3__、__CaSiO3__和SiO2 用于生产建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维、高强度复合材料 水泥 __石灰石__、 黏土 水泥回 转窑 硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙 用于建筑和水利工程 其中，玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2__Na2SiO3＋CO2↑__、CaCO3＋SiO2__CaSiO3＋CO2↑__。 知识点二　新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅的原子结构与半导体性 硅的原子结构示意图：____，位于元素周期表第__三__周期第__ⅣA__族，其单质是应用最为广泛的__半导体__材料。 (2)高纯硅的制取 硅在自然界主要以__硅酸盐__(如地壳中的大多数矿物)和__氧化物__(如水晶、玛瑙)的形式存在。 工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。 其中涉及的主要化学反应为： ①粗硅的制备：__2C＋SiO2Si＋2CO↑__。 ②纯硅的制备：__Si＋3HClSiHCl3＋H2__、__SiHCl3＋H2Si＋3HCl__。 (3)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的__芯片__，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的__硅太阳能电池__。 ②二氧化硅可用来生产__光导纤维__，其通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 2．新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如： (1)SiC俗称__金刚砂__，具有类似__金刚石__的结构，硬度__很大__，可用作砂纸和砂轮的磨料。 (2)碳化硅具有优异的__高温抗氧化__性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 3．碳纳米材料 (1)常见碳纳米材料：富勒烯、碳纳米管、__石墨烯__等。 (2)富勒烯的代表物是__C60__，是由碳原子构成的一系列__笼__形分子的总称。 (3)碳纳米管：是由__石墨片层__卷成的管状物，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。 (4)石墨烯：只有__一__个碳原子直径厚度的__单层__石墨，其电阻率__低__、热导率__高__，具有很高的强度。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)只有金属与酸反应才产生H2。(　×　) (2)由SiO2＋2CSi＋2CO↑可知，碳的还原性强于硅。(　×　) (3)能与NaOH溶液反应产生H2的只有Si单质。(　×　) (4)普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石。(　√　) (5)硅是半导体材料，可用于制造光导纤维。(　×　) 2．下列有关硅和硅的化合物的用途错误的是(　A　) A．硅单质作耐火材料 B．晶体硅作半导体材料 C．二氧化硅作光导纤维材料 D．高纯硅作计算机芯片材料 3．(1)制造玻璃时发生以下反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？为什么？ 答：不能。SiO2与Na2CO3的反应是在高温条件下，且生成的产物是气体CO2，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3。 (2)工业上可利用反应SiO2＋2CSi＋2CO↑制取单质硅，据此能否得出碳的非金属性小于硅的结论？ 答：不能。非金属性是指元素的原子吸引电子的能力，该反应虽然碳置换出了二氧化硅中的硅，但这是因为生成的CO是气体，使气体及时脱离反应体系，反应能够继续进行，不能说明碳的非金属性小于硅。 (3)通过有关反应的化学方程式说明如何利用二氧化硅制取纯硅？ 答：SiO2