5.3 无机非金属材料-【优质讲义】2022-2023学年高一化学同步精品讲义（人教版2019必修第二册）

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 学习目标 核心素养 科学探究与创新意识 了解硅元素及其化合物在自然界的存在，知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途；了解硅酸盐的组成，学会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法，知道硅酸钠的性质和用途。 科学态度与社会责任 玻璃、水泥和陶瓷是硅酸盐制品以及生产它们的主要原料。 预习导学 一、硅酸盐材料 原料 设备 1 陶瓷 － 2 玻璃 3 水泥 二、新型无机非金属材料 1、硅和二氧化硅 （1）硅在自然界以 和 的形式存在，单质硅导电性介于 与 之间，是良好的 材料。 （2）粗硅的制取：_____________________。 （3）高纯度硅的制取：第一步：工业上是用硅石（SiO2）和焦炭以一定比例混合，在电炉中加热至1800~2000℃而制得纯度为95%~99%的粗硅；第二步：三氯氢硅的合成，三氯氢硅是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中（,300℃）进行合成的。第三步：提纯三氯氢硅和高纯氢混合后，通入1100℃还原炉内进行反应，即可得到硅。 涉及的方程式分别为：______________________、_____________________、 ______________________________。 （4）高纯硅广泛用于______和______等领域；二氧化硅可用于生产_____________。 2、新型陶瓷 （1）新型陶瓷在 、 、 、 等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 （2）碳化硅俗称 ，其中的碳原子和硅原子通过 键连接，具有类似于金刚石的结构，硬度 ，可用作 的磨料。碳化硅具有优异的 性能，使用温度可达到1600℃，大大超过了普通金属所能承受的温度，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 3、碳纳米材料 （1）碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，主要包括 、 、 等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。 （2）富勒烯是由碳原子的构成的一系列笼型分子的总称，其中的 是富勒烯的代表物。 （3）石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，他的特点是 、 ，具有很高的强度。 重难突破 重点1 单质硅、二氧化硅及其硅酸盐的性质 1．硅的化学性质：常温下，硅的化学性质不活泼。加热时可与一些非金属及其他物质反应。 (1)常温下，除能与氟气、氢氟酸和强碱反应外，硅不与氧气、氯气、硫酸、硝酸、盐酸等其他物质发生反应。 ①与氟气反应：Si＋2F2=SiF4； ②与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑； ③与NaOH溶液反应： Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。 (2)加热时，硅能与氧气、氯气等反应，也能与碳反应 （3）硅的制备 硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段： 2.CO2和SiO2的比较 物质 二氧化碳 二氧化硅 主要物理性质 熔沸点 低 高 溶解性 可溶 不溶 化 学 性 质 与水反应 CO2+H2OH2CO3 不反应 与酸反应 不反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2 H2O 与碱反应（NaOH） CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或CO2+NaOH=NaHCO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞 与盐的反应 CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+ CO2↑ 与碱性氧化物的反应 与Na2O反应：CO2+Na2O= Na2CO3 与CaO的反应：SiO2+CaO=CaSiO3 3. 硅、二氧化硅、硅酸、硅酸盐的特殊性质 物质 一般规律 硅及其化合物的特性 Si 硅的还原性大于碳 2C＋SiO2 Si＋2CO↑ 非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2 硅可与强碱溶液反应产生H2 非金属一般不与非氧化性酸反应 Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑ 非金属单质一般为绝缘体 硅为半导体，常用于电子部件 SiO2 酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸 SiO2不溶于水，也不与水反应 酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应 SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O “较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2CO3的酸性大于H2SiO3 但以下反应不符合此规律 Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2