5.3 无机非金属材料-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中化学必修第二册（人教版，不定项）

第三节　无机非金属材料 学习目标 核心素养 1.了解硅在自然界中的存在形式,硅酸盐产品的组成和重要用途。 2.理解硅、二氧化硅的结构、性质和用途。 3.认识新型陶瓷、碳纳米材料的性能及应用。 1.体会性质决定用途的核心理念。 2.能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献。 3.能理解用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的认知模型。 4.关注与资源开发有关的热点问题,形成合理利用自然资源的观念。 情境导入 “玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑,故从彼名”。自佛经传入中国后,翻译人员考虑到“马脑”属玉石类,于是巧妙地译成“玛瑙”。 　　【问题】　玛瑙的主要成分为二氧化硅,由于与水化二氧化硅(硅酸)交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属,颜色可从极淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸(H2SiO3)? 课前·预习新知 知|识|梳|理 微学点一　硅酸盐材料 1.硅酸盐的结构、特点 结构 特点 硅氧四面体 硬度大、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等 2.硅酸盐材料 原料 制备过程 生产应用 陶瓷 黏土 原料经高温烧结而成 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃 纯碱、石灰石和石英砂 原料经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制得 建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等 水泥 黏土、石灰石 原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧,发生复杂的物理和化学变化,加入适量石膏调节水泥硬化速率,再磨成细粉即得 制作混凝土,用于建筑和水利工程 微学点二　新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)主要应用。 硅 半导体材料→硅芯片、硅太阳能电池 二氧化硅 光导纤维 (2)高纯硅的制备。 涉及的主要化学反应为 ①SiO2+2CSi+2CO↑ ②Si+3HClSiHCl3+H2 ③SiHCl3+H2Si+3HCl 2.新型陶瓷——碳化硅(SiC) 俗称 结构特点 主要性能 生产应用 金刚砂 碳原子、硅原子以共价键连接,结构类似金刚石 硬度很大、高温抗氧化性能优异 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 3.碳纳米材料 (1)富勒烯:由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其代表物为C60。 (2)碳纳米管:由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大,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。 (3)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。 思|考|辨|析 微思考 1.实验室里如何保存硅酸钠溶液?如果敞口放置一段时间,溶液会出现什么现象? 提示:硅酸钠溶液和空气中的二氧化碳反应生成硅酸,所以保存时应该隔绝空气,而且硅酸钠具有黏性,不能用玻璃塞,所以应保存在带橡胶塞的试剂瓶里;如果敞口放置一段时间,会产生白色胶状沉淀,原因是发生反应Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3。 2.富勒烯与C60有怎样的关系? 提示:富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其中的C60是富勒烯的代表物。 微判断 1.硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。 (×) 2.SiO2是空间正四面体网状结构晶体。 (√) 3.SiO2是酸性氧化物,与任何酸都不能发生反应。 (×) 4.利用石英坩埚可熔融NaOH固体。 (×) 5.向Na2SiO3溶液中通入CO2,有白色胶状沉淀产生,可证明酸性:H2CO3>H2SiO3。 (√) 6.氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存。 (√) 7.石墨烯是一种新型化合物。 (×) 课堂·互动探究 　 微目标一　探究硅及其化合物的性质 【探究讨论】 1.为什么CO2和SiO2在化学性质上具有一定的相似性,而物理性质差异很大? 提示:SiO2和CO2均属于酸性氧化物,故化学性质相似。CO2是由分子构成的,而SiO2是空间立体网状结构,故二者物理性质差异很大。 2.有人说SiO2既能与NaOH反应,又能与HF反应,则SiO2属于两性氧化物,你认为对吗? 提示:错误,因为SiO2与HF反应是特例且没有生成盐和水,与其他的酸不反应,SiO2属于酸性氧化物。 【归纳总结】 (1)CO2与SiO2的结构与性质的异同。 二氧化碳 二氧化硅 类别 均为酸性氧化物 结构特点 由CO2分子构成 由氧原子与硅原子构成空间立体网状结构,无SiO2分子 物理性质 常温下是气体,熔、沸点低,可溶于水 硬度大、熔点高的固体,不溶于水 化学性质 与水反应 CO2+H2OH2CO3 不反应 与酸反应 不反应 只与HF反应:SiO2+4HFSiF4↑+2H2O 与NaOH 反应 CO2(少量)+2NaOHNa2C