5.3 无机非金属材料（同课异构课件）-2021-2022学年高一新教材化学人教版必修第二册 【步步高】学习笔记

组织建设 第五章 化工生产中的重要非金属元素 　第三节　无机非金属材料 一、硅酸盐材料 陶瓷 玻璃 水泥 知识梳理 产品 原料 主要成分 应用 陶瓷 _______(含水的铝硅酸盐) 玻璃 普通玻璃： 水泥 黏土 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2） Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料 黏土和石灰石以及其他辅料 大量用于建筑和水利工程 思考：生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生产过程中发生了怎样的反应？试写出反应的化学方程式。 SiO2+Na2CO3 ==== Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 ==== CaSiO3+CO2↑ 高温 高温 为什么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？ 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为两个四面体所共有，与2个Si相结合。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。 （一）硅和二氧化硅 （1）硅元素的存在与结构 翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。 二、新型无机非金属材料 1．硅 处于金属与非金属的过渡位置 半导体材料 ①硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。 Si +14 8 4 2 +6 4 2 C 硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位。 通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式？ 思考交流 ②硅的存在形式 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。 硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。 10 （2）硅的制备 a. SiO2+2C ==== Si+2CO ↑ (粗硅) 高温 b. Si+3HCl ==== SiHCl3+H2 高温 c. SiHCl3+H2 ==== Si+3HCl（高纯硅） 高温 若C过量： SiO2+3C ==== SiC + 2CO ↑ 高温 碳化硅(俗名：金刚砂) 工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅 提纯 如何制备高纯度的硅？ 工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？ 提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。 （3）晶体硅的用途 集成电路 　　　 晶体管 Si导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，是信息技术的关键材料。 硅太阳能电池 电脑中央处理器（CPU） 价值5元的沙子 SiO2 Si 价值5000元的芯片 点沙 成金 从沙滩到用户 SiO2的晶体结构 晶体Si的结构 硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定 2．二氧化硅 （1）二氧化硅（ SiO2）的晶体结构 物理性质： 难溶于水，熔点高，硬度大。 化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。 （2）二氧化硅（ SiO2）存在形式 结晶形（石英晶体） 无定形——硅藻土 水晶 玛瑙 二氧化硅的存在 （3）二氧化硅的用途 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。 光导纤维（通信） 石英坩埚 玻璃仪器 精美瓷器 雕刻玻璃，你会吗？ SiO2＋4HF === SiF4↑＋2H2O 实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！ 1．实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 SiO2 ＋ 2NaOH === Na2SiO3 ＋H2O 思考交流 2．某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确? 不正确。 因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。 思考交流 ①酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2 + CaO ==== CaSiO3 高温 与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH === Na2SiO3 +H2O ③