5.3 无机非金属材料（Word教参）-【优化指导】2022-2023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 课程标准 课标解读 1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硅及其重要化合物的主要性质。 2．认识硅及其重要化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。 3．知道无机非金属材料，结合实例认识材料组成、性能及应用的联系。 1.了解常见硅酸盐产品的组成。 2．掌握硅酸钠的性质和用途。 3．掌握硅和二氧化硅的性质，了解硅和二氧化硅的用途。 4．了解无机非金属材料的分类、组成及应用。 [对应学生用书P38] 知识点一 硅酸盐材料 1.硅酸盐的结构与性质 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(如下图所示)。Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 4个O，每个O周围有 2个Si。 (2)硅酸盐的性质 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。 2．常见的硅酸盐材料 硅酸盐材料 原料 主要生产设备 主要成分 陶瓷 黏土 — — 玻璃 纯碱、石灰石、石英砂 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 水泥 黏土、石灰石 水泥回转窑 CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3 [注意]　(1)生产陶瓷、玻璃和水泥过程中都发生了复杂的物理化学变化。(2)传统无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐，都是混合物，都没有固定的熔点、沸点。 1．制造水泥和玻璃的共同原料是什么？制造水泥和陶瓷的共同原料是什么？ 答案：石灰石　黏土 知识点二 新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)硅元素在周期表中的位置及性质 ①Si位于元素周期表的第三周期ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置，其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。 ②Si元素在自然界主要以硅酸盐和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。 (2)工业制备高纯硅的原理 (3)硅的化学性质及用途 ①与氢氟酸反应，反应的化学方程式为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 ②与NaOH溶液反应，反应的化学方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 ③与O2反应，反应的化学方程式为Si＋O2SiO2。 ④硅的用途：高纯硅可用作半导体材料，用于制造芯片和硅太阳能电池等。 (4)二氧化硅的化学性质及用途 ①化学性质： a．化学性质稳定，不与水、一般的酸反应，但能与HF反应，反应的化学方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。 b．具有酸性氧化物的性质，写出下列反应的化学方程式： 与CaO反应：CaO＋SiO2CaSiO3。 与NaOH反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 ②用途： 纯净的SiO2可用于制造光导纤维，也可用于制造电子工业的重要部件、光学仪器等。 2．新型无机非金属材料 (1)新型陶瓷 (2)碳纳米材料 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 结构 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 由石墨片层卷成的管状物，有纳米尺度的直径 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 性质 — 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 用途 C60，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代 生产复合材料、电池和传感器等 光电器件、超级电容器、电池和复合材料 SiO2和水的弱氧化性 2．从硅在元素周期表中的位置角度说明，为什么硅单质是一种常用的半导体材料？ 答案：硅在元素周期表中位于金属和非金属的分界线处，既有金属元素的某些性质，又有非金属元素的某些性质，导电性介于导体和绝缘体之间，是一种良好的半导体材料。 [对应学生用书P40] 探究一　硅和二氧化硅的性质及应用 ►情境探究 中国5G芯片崛起，技术再获新突破。 [素材解读] ① 半导体行业的核心材料是高纯硅 ② 光导纤维折光 [问题设计] 1．光导纤维的主要成分是什么？利用光导纤维传输信号是利用了SiO2的导电性吗？制造5G芯片的主要材料是什么？ 提示　光导纤维的主要成分是SiO2。SiO2不具有导电性，且光导纤维传输的是光信号而不是电信号。制造5G芯片的主要材料是高纯硅。 2．高纯度硅晶片是生产芯片的基础材料，工业上是如何制备高纯硅的？ 提示　工业上用焦炭还原石英砂可先制得粗硅；再以粗硅为原料，利用HCl、H2进行提纯，获得高纯硅。 ►核心归纳 二氧化硅和二氧化碳性质的比较 化学式 SiO2 CO2 分类 酸性氧化物 酸性氧化物 物理性质 熔点高，硬度大，不溶于水 无色无味气体，能溶于水，无毒、密度比空气大 化学性质 与水 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与碱性氧化物 SiO2＋CaOCaSiO3 CO2＋CaOCaCO3 与碱 2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O