5.3 无机非金属材料-2023-2024学年高一化学同步课堂高效讲义（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 课程标准解读 核心素养解读 知道常见的无机非金属材料的类型、组成、性能级应用，能从组成的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分类；能根据硅酸盐的结构分析硅酸盐的性质特点，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 宏观辨识与微观探析：通过对无机非金属材料的微观组成、结构的分析，了解高纯硅的制备原理和方法，从宏观上认识无机非金属材料性能和用途与组成、结构的关系。 科学态度与社会责任：通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生努力学好化学的科学态度，增强投身国家建设的社会责任感。 一 硅酸盐材料 1.硅酸盐的概念、结构与特点 （1）概念：由硅元素、_________元素和金属元素组成的化合物。 （2）结构：在硅酸盐中，Si和O构成了_________四面体。每个Si结合4个O，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，每个O为两个四面体所共有，与2个_________相结合。 （3）特点：硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、_________溶于水、_________稳定、耐腐蚀等特点。 2．硅酸钠：硅酸钠水溶液俗称_________，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 3．硅酸盐常用的表示法——_________法 硅酸盐通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：（1）氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→_________氧化物→_________→水。（2）氧化物之间以“·”隔开。（3）氧化物前的化学计量数配置原则：各元素原子总个数比符合原来的组成。（4）化学计量数配置出现分数时应化为整数。 例如：高岭土：Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉：CaO·3MgO·4SiO2 沸石：Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O 云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 滑石：3MgO·4SiO2·H2O 长石：K2O·Al2O3·6SiO2 （长石KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2）。 4. 硅酸盐产品的性能和应用 硅酸盐产品 性能 应用 陶瓷 新石器时代就能烧制(China瓷都),唐宋时期达到鼎盛：青花瓷、唐三彩。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等。 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。 玻璃 玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料。 水泥 不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。制水泥过程中加入石膏的作用是调节水泥硬化速率。 一种非常重要的建筑材料，大量用于建筑和水利工程。 5. 硅酸盐产品的原理及反应原理 硅酸盐产品 原料 反应原理 主要设备 主要成分 陶瓷 黏土 发生复杂的_________和化学变化（不作要求） － Al2O3·2SiO2·2H2O 玻璃 _________、石灰石、石英砂 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 水泥 _________、黏土 发生复杂的物理和化学变化（不作要求） 水泥回转窑 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 二 硅和二氧化硅 1．硅 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。 （1）硅位于第_________周期，第_________族，最外层有4个电子，主要形成_________价的化合物。硅是一种亲氧元素，只有化合态，没有游离态。在地壳中含量占26.3％，仅次于_________，是构成矿物和_________的主要成分。 （2）晶体硅结构类似于金刚石，有_________和无定形两种同素异形体。灰黑色，有金属光泽，具有较高的硬度、熔点（1410℃），硬而脆的固体，是良好的半导体。注意：1mol晶体硅有_________共价键。 （3）化学性质 常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与_________、氢氟酸、_________反应。在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、氯气等反应。 常温 与氟气反应 Si+2F2＝SiF4（沸点-65℃） _________ Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑ _________ Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑ 加热 ________