第五章 第三节 无机非金属材料（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中化学必修第二册(人教版2019)

第三节　无机非金属材料 课程标准 课标解读 1．结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硅及其重要化合物的主要性质。 2．认识硅及其重要化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。 3．知道无机非金属材料，结合实例认识材料组成、性能及应用的联系 1．了解常见硅酸盐产品的组成。 2．掌握硅酸钠的性质和用途。 3．掌握硅和二氧化硅的性质，了解硅和二氧化硅的用途。 4．了解无机非金属材料的分类、组成及应用 [对应学生用书P28] 知识点一 硅酸盐材料 1．结构和性质 (1)结构：硅氧四面体。 (2)性质 ①物理性质：硅酸盐材料大多硬度高、熔点高、难溶于水； ②化学性质：硅酸盐材料大多化学性质稳定、耐腐蚀。 2．分类 (1)陶瓷 ①原料：黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)； ②制备流程：黏土陶瓷； ③应用：生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。 (2)玻璃 ①原料：纯碱、石灰石和石英砂； ②成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2； ③制备流程 原料 玻璃 ④用途：生产建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维。 (3)水泥 ①原料：黏土和石灰石； ②制备流程 ③用途：生产建筑材料，如混凝土(水泥、沙子、碎石等)。 [注意]　(1)生产陶瓷、玻璃和水泥过程中都发生了复杂的物理化学变化。(2)传统无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐，都是混合物，都没有固定的熔点、沸点。 1．制造水泥和玻璃的共同原料是什么？制造水泥和陶瓷的共同原料是什么？ 答案：石灰石　黏土 2．普通玻璃是不是晶体？为什么？ 答案：不是。普通玻璃没有固定的熔点、沸点，所以它不属于晶体。 知识点二 新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅元素的自然存在 ①硅酸盐：地壳中的大多数矿物； ②氧化物：如水晶、玛瑙等。 (2)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅：制造芯片和硅太阳能电池； ②二氧化硅：制造光导纤维。 (3)高纯硅的制备 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 2．新型陶瓷 (1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 (2)性能：光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (3)代表物：碳化硅(SiC)。 ①俗名：金刚砂； ②结构：原子间通过共价键连接，类似于金刚石； ③硬度：很大，可作砂纸和砂轮的磨料； ④熔点：很高，具有高温抗氧化性能。 3．碳纳米材料 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 结构 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 由石墨片层卷成的管状物，有纳米尺度的直径 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 性质 — 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 用途 C60，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代 生产复合材料、电池和传感器等 光电器件、超级电容器、电池和复合材料 [注意]　富勒烯、碳纳米管和石墨烯都是碳单质，互为同素异形体。 3．从硅在元素周期表中的位置角度说明，为什么硅单质是一种常用的半导体材料？ 答案：硅在元素周期表中位于金属和非金属的分界线处，既有金属元素的某些性质，又有非金属元素的某些性质，导电性介于导体和绝缘体之间，是一种良好的半导体材料。 4．碳纳米管和石墨烯能否导电？为什么？ 答案：能够导电。碳纳米管和石墨烯本质上都是石墨，结构中含有可以自由移动的电子。 [对应学生用书P29] 探究一　硅和二氧化硅的性质及应用 ►情境探究 2019年9月，日本限制高纯氟化氢、氟聚酰亚胺和光刻胶向韩国出口。这三种材料都是高精尖半导体行业使用的，掐中了韩国的命脉。 [素材解读] ① 半导体行业的核心材料是高纯硅 ② 氢氟酸是一种弱酸，具有特殊腐蚀性，它能腐蚀其他强酸所不能腐蚀的玻璃、单晶硅等半导体材料 [问题设计] (1)工业上可以用反应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？ (2)使用氢氟酸腐蚀高纯硅的原理是什么？用化学方程式表示。 答案：(1)不能。非金属性是指元素的原子吸引电子的能力，即氧化性。该反应中碳表现还原性，硅是还原产物，所以不能说明碳的非金属性小于硅。 (2)Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 ►核心归纳 1．单质硅的性质 (1)常温下，性质稳定，只能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应 ①Si＋2F2===SiF4； ②Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ③Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)在加热或高温下，能够与氧气、氯气、氢气等物质反应 ①Si＋O2SiO2； ②Si＋2Cl2SiCl4； ③Si＋2H2SiH4。 2．二氧化硅和二氧化碳性质的比较 化学式 SiO2 CO2 分类 酸性氧化物