第5章 第3节 无机非金属材料（Word教参）-【状元桥·优质课堂】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 [课标要点] 1.了解硅酸盐及其性质、结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产，知道硅及其化合物在材料家族中的应用(证据推理与模型认知)。2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料(科学态度与社会责任)。 要点一　传统无机非金属材料——硅酸盐材料 1．硅酸盐及其结构 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。 每个Si结合__4__个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的__O__相互连接，每个__O__为__2__个四面体所共有，与__2__个Si相结合。 (2)硅酸盐的特性 硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度__高__、熔点__高__、__难__溶于水、化学性质__稳定__、__耐腐蚀__等特点。 2．常见的硅酸盐材料 陶瓷 玻璃 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 — __玻璃窑__ __水泥回转窑__ 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、玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 要点二　新型无机非金属材料 1．硅的存在与性质 (1)位：硅元素位于元素周期表第__三__周期第__ⅣA__族，处于金属与非金属的__过渡__位置。 (2)构：硅元素原子核外有3个电子层，最外层有4个电子。 (3)性：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。 (4)硅的存在：硅在自然界主要以__硅酸盐__和__氧化物__的形式存在。 (5)高纯硅的制备 工业制备高纯硅的原理流程图 其中涉及的主要反应为 ①　SiO2＋2CSi＋2CO↑　 ②　Si＋3HClSiHCl3＋H2　 ③　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　 (6)硅的用途 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__。 2．二氧化硅的用途 二氧化硅可用来生产__光导纤维__。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输信号不易衰减，能够有效提高通信效率。 3．新型陶瓷 (1)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。 (2)碳化硅(SiC) 碳化硅俗称__金刚砂__，其中的碳原子和硅原子通过__共价键__连接，与__金刚石__的结构类似，具有很大的硬度和优异的__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)常见新型陶瓷及其用途(连线) 答案 4．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，其中的__C60__是富勒烯的代表物。 (2)碳纳米管可以看成是由__石墨片层__卷成的管状物，具有__纳米__尺度的直径。比表面积__大__，有相当高的强度和优良的__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。 注意：碳纳米材料(富勒烯、石墨烯等)、金刚石、石墨都是碳的同素异形体，它们具有不同的结构(碳原子排列方式不同)和性质。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)硅晶片是生产芯片的基础材料。(　　) (2)生产光导纤维的原料是二氧化硅。(　　) (3)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体。(　　) (4)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。(　　) (5)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。(　　) (6)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合。(　　) (7)磨口玻璃塞试剂瓶不能盛放烧碱溶液，但能盛放氢氟酸。(　　) 答案 (1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)× (1)金刚砂为碳化硅，与金刚石结构类似，但不是金刚石的同素异形体。 (2)硅酸盐结构复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。 (3)因玻璃中的SiO2能与碱反应，所以不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放烧碱溶液；氢氟酸也能与SiO2反应，故也不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氟酸。 考点一　硅酸盐材料 1．常见硅酸盐材料的成分与特点 陶瓷 玻璃 水泥 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