第五章 第三节 无机非金属材料（word教参）- 【勤径学升·同步练测】2022-2023学年高一新教材化学必修第二册（人教版）

第三节　无机非金属材料 学习目标 核心素养 1.了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。 2.了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。 3.掌握SiO2的结构、性质和用途及高纯硅的制备与应用。 4.了解新型无机非金属材料的应用。 1.宏观辨识与微观探析：从物质的分类、结构等角度认识无机非金属材料的多样性，从而激发学生的求知欲。 2.科学态度与社会责任：从物质的组成和结构出发，认识新型无机非金属材料的性质与应用，养成学生勇于探索、严谨求实的科学态度。 [对应学生用书第27页] 一、硅酸盐材料 1.无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 2.硅酸盐及其结构 （1）硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体结构，每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个O结合2个Si。 （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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 3.传统无机非金属材料 产品 主要原料 主要设备 主要成分 用途 陶瓷 黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐） — 硅酸盐 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（主要成分是SiO2） 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等 水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 硅酸盐 建筑材料、水利工程 4.最简单的硅酸盐——Na2SiO3 1.判断正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 （1）硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。 （×） （2）硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。 （√） （3）硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合的。 （√） （4）水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土。 （√） （5）陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。 （√） 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 （1）硅的存在与结构 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 硅酸盐和氧化物 第三周期、第ⅣA族 （2）高纯硅的制备 其中涉及的主要化学反应为 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 （3）硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。制芯片、硅太阳能电池； ②SiO2用于生产光导纤维。 2.新型陶瓷 （1）碳化硅 ①组成与结构： 碳化硅的化学式为SiC，俗称金刚砂，其中碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大； ②用途： 金刚砂可用作砂纸和砂轮的磨料，还可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 （2）其他新型陶瓷简介 品种 主要性能 主要用途 高温结构陶瓷 （1）耐高温； （2）抗氧化； （3）耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 实现机械能与电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 （1）优异的光学性能； （2）耐高温； （3）绝缘性好 用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等 超导陶瓷 超导性 用于电力、交通、医疗等领域 3.碳纳米材料 概念 性能 用途 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60 — 制碳纳米材料 碳纳 米管 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 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究在不断深入 2.判断正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 （1）硅是良好的半导体材料，可以用来生产芯片和硅太阳能电池等。 （√） （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）富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳。 （√） [对应学生用书第29页] 要点一　硅的制备及其特性 1.用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时，为什么生成的是CO而不是CO2？ 提示：制取粗硅时，使用的是过量的焦炭，C与CO2高温下发生反应：C＋CO22CO，故产物是CO而不是CO2。 2.与同学一起探讨，如何由粗硅（含杂质2%）制得高纯度的硅？写出反应过程的化学方程式。 提示：由粗硅制取高纯硅的工艺流程为： ①氧化粗硅的反应：Si＋3HClSiHCl3＋H2； ②还原SiHCl3的反应：SiHCl3＋H2