5.3 无机非金属材料-2022-2023学年高一化学同步素养目标精品讲义（人教版2019必修第二册）

第五章 第三节 无机非金属材料 榆次一中 李金虎 【学习目标】 1．了解陶瓷、玻璃、水泥等传统无机非金属材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。 2．了解硅、二氧化硅、新型陶瓷、纳米材料的性能和用途，认识化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。 【素养目标】 1．通过研究硅酸盐的结构与性质的关系，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。 2．通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。培养学生的“科学精神和社会责任”的学科素养。 必备知识与关键能力 知识点一：硅酸盐材料 无机非金属材料一般含有硅、氧元素，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。 1．硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，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。 2．硅酸盐材料 传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 产品 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 (普通) 纯碱、石灰石、石英砂 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、 适量石膏 水泥 回转窑 硅酸盐 建筑和水利工程 【点拨】(1)由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”，可知反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 (2)硅酸盐种类繁多，结构复杂，组成各异，常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。 硅酸盐改写成氧化物形式的方法： ①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。 ②各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。 ③当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。 典例1．宋代五大名窑分别为钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是(　　) A．窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化 B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料 C．高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物 D．陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸 【答案】C 【解析】不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；瓷器的原料主要是黏土，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的主要成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。 典例2．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是(　　) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 【答案】C 【解析】陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。 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 氧化物和硅酸盐 第三周期、第ⅣA族 ①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 ②硅与强碱溶液生成氢气(特征反应)：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)单质硅的制备 ①高纯硅的工业制备原理流程图： ②硅的工业制法：制备粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑ 当碳过量时，继续反应生成SiC：3C＋SiO2(少量)SiC＋2CO↑(SiC的结构和性能与金刚石相似，属于共价晶体)。 粗硅的提纯：Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl (3)硅主要性质 (4)SiO2的性质 ①晶体类型：共价晶体。 ②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ③高温下，Na2CO3与SiO2反应制玻