第5章　第3节　无机非金属材料-(教师用书word)【提分教练】2022-2023学年新教材高中化学必修第二册(人教版)

第三节　无机非金属材料 学习任务目标 1．能通过阅读和讨论，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。 2．能从结构角度分析硅和二氧化硅性质的差异，形成“结构决定性质”的观念。 3．能通过学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学习化学的兴趣。 1．石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成，具有相似的化学性质。石墨烯是一种单质(填“单质”或“化合物”)，有导电性，可制作电极。 2．地壳中含量最多的两种元素是O、Si，其原子结构示意图分别为、，二者形成的化合物为SiO2。 3．CO2是一种酸性氧化物，它和足量NaOH反应的化学方程式为2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O。 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，其结构示意图为，每个O为两个四面体所共有，与两个Si相结合。 3．性质：硬度高，熔点高，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 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、玻璃纤维等 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为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 二、新型无机非金属材料 1．硅 (1)硅的存在和导电性 ①存在：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。 ②导电性：硅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。 (2)化学性质 ①常温下，硅单质的性质不活泼，但可与F2、氢氟酸和强碱溶液反应，反应的化学方程式为 Si＋2F2===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ ②在加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质发生反应，如Cl2、O2、H2等。 (3)高纯硅的制备 硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段。 ①粗硅的制备：2C＋SiO2Si(粗硅)＋2CO↑。 ②纯硅的制备：Si(粗硅)＋3HClSiHCl3＋H2、SiHCl3＋H2Si(纯硅)＋3HCl。 (4)用途 利用硅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 (1)化学性质 (2)用途：纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。 3．新型陶瓷——SiC (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、砂轮的磨料。 (2)碳化硅具有优良的高温抗氧化性能，可作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 4．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：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。 (　　) ×　提示：用于制造光导纤维的是二氧化硅。 (6)Si和SiO2都能与HF溶液反应生成SiF4。 (　√　) 2．下列有关硅和硅的化合物的用途错误的是(　A　) A．硅单质用作耐火材料 B．晶体硅用作半导体材料 C．二氧化硅用作光导纤维材料 D．高纯硅用作计算机芯片材料 3．在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是(　　) A．F2 B．氢氟酸 C．KOH溶液 D．Cl2 D　解析：Si的性质不活泼，常温下除与F2、氢氟酸和强碱溶液反应外，不与其他物质反应，加热时可与O2、Cl2等反应。 4．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋2Cl2