5.3 无机非金属材料 -2023-2024学年高一化学同步教学讲与练（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 核心素养目标 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。 1．宏观辨识与微观探析：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．科学态度与社会责任：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“科学态度与社会责任”的学科素养。 一、硅酸盐材料 1．无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料多含硅、氧等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 2．硅酸盐及其结构 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了 结构，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结合2个Si。 (2)硅酸盐的特性 硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有 、 溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 3．常见的硅酸盐材料 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 黏土 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 主要原料：石灰石、黏土，辅助原料：适量的石膏 设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 主要成分 含水的铝硅酸盐 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等 大量用于建筑和水利工程 【归纳总结】硅酸盐氧化物形式的改写 二、新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅的存在与结构 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 第三周期ⅣA族 (2)高纯硅的制备 ①　　　　　　 ②　　　　　 ③ 其中涉及的主要化学反应为 ①SiO2＋2CSi＋2CO↑ ②Si＋3HClSiHCl3＋H2 ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl (3)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅广泛用于 技术和新能源技术等领域。 ②SiO2用于生产 。 2．新型陶瓷 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 碳化硅(SiC) 硬度 、 高温、 氧化 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷 具有优异的 性能、耐高温、绝缘性 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗等领域 3.碳纳米材料 概念 性能 用途 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60 — 制碳纳米材料 碳纳米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 比表面积大，有相当高的强度和 的电学性能 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率 、热导率高，具有很高的 在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究在不断深入 探究一　硅及二氧化硅的化学性质探究 1.硅是一种灰黑色固体，熔、沸点高，硬度大，是一种优良的半导体材料，常温下，化学性质不活泼，但可以和F2、氢氟酸和强碱溶液发生反应，在加热条件下可以和很多非金属单质反应，写出下列反应的化学方程式。 2.(1)在实验室盛放碱溶液时，试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因是SiO2是酸性氧化物，能与强碱溶液反应，SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 (2)生产磨砂玻璃时可以用氢氟酸溶蚀玻璃，是因为氢氟酸溶液可与SiO2反应，其化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)有同学由此得出来SiO2是两性氧化物，你认为这个观点对吗？ 1.硅的化学性质 ①常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。 Si＋2F2===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===