第5章 第3节 无机非金属材料（word教参）-【状元桥·优质课堂】2023-2024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 [学习目标] 1.了解硅酸盐及其性质、结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产，知道硅及其化合物在材料家族中的应用。（证据推理与模型认知） 2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。（科学态度与社会责任） （见学生用书P38） 知识点1　硅酸盐材料 1.硅酸盐及其结构 （1）硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。 每个Si结合①　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②　O　相互连接，每个③　O　为④　2　个四面体所共有，与⑤　2　个Si相结合。 （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硬度⑥　高　、⑦　难　溶于水、耐⑧　高温　、耐⑨　腐蚀　等特点。 2.常见的硅酸盐材料 陶瓷 玻璃 水泥 原料 ⑩　黏土　 ⑪　纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、石英砂（SiO2）　 主要原料：⑫　石灰石、黏土　辅助原料：适量的石膏 设备 — ⑬　玻璃窑　 ⑭　水泥回转窑　 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具 建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 知识点2　新型无机非金属材料 1.硅的存在与性质 （1）位：硅元素位于元素周期表第⑮　三　周期第⑯　Ⅳ答案　A族，处于金属与非金属的⑰　过渡　位置。 （2）构：硅元素原子核外有3个电子层，最外层有4个电子。 （3）性：单质的导电性介于⑱　导体　与⑲　绝缘体　之间，是应用最为广泛的⑳　半导体　材料。 （4）硅的存在：硅在自然界主要以㉑　硅酸盐　和㉒　氧化物　的形式存在。 （5）高纯硅的制备 工业制备高纯硅的原理流程图 其中涉及的主要反应为 ①㉓　SiO2＋2CSi＋2CO↑　 ②㉔　Si＋3HClSiHCl3＋H2　 ③㉕　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　 （6）硅的用途 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的㉖　芯片　，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的㉗　硅太阳能电池　。 2.二氧化硅的用途 二氧化硅可用来生产㉘　光导纤维　。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输信号不易衰减，能够有效提高通信效率。 3.新型陶瓷 （1）新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在㉙　光学、热学、电学、磁学　等方面具有很多新的特性和功能。 （2）碳化硅（SiC） 碳化硅俗称㉚　金刚砂　，其中的碳原子和硅原子通过㉛　共价键　连接，与㉜　金刚石　的结构类似，具有很大的硬度和优异的㉝　高温抗氧化　性能。可用作㉞　耐高温结构材料　、㉟　耐高温半导体材料　等。 （3）常见新型陶瓷及其用途（选择填空） ①㊱　C　　用于高压钠灯、激光器、高温探测窗 ②㊲　D　　主要用于电力、交通、医疗等领域 ③㊳　B　　用于滤声器、扬声器、超声波探伤器 ④㊴　A　　用于火箭、汽车发动机和耐高温材料 A.高温结构陶瓷 B.压电陶瓷 C.透明陶瓷 D.超导陶瓷 4.碳纳米材料 （1）富勒烯是由㊵　碳原子　构成的一系列㊶　笼形　分子的总称，其中的㊷　C60　是富勒烯的代表物。 （2）碳纳米管可以看成是由㊸　石墨片层　卷成的管状物，具有㊹　纳米　尺度的直径。比表面积㊺　大　，有相当高的强度和优良的㊻　电学性能　。 （3）石墨烯是只有一个㊼　碳原子直径　厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率㊽　低　、热导率㊾　高　，具有很高的强度。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）硅晶片是生产芯片的基础材料。 （　√　） （2）生产光导纤维的原料是二氧化硅。 （　√　） （3）金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体。 （　×　） （4）硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。 （　×　） （5）硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。 （　√　） （6）硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合。 （　√　） （7）磨口玻璃塞试剂瓶不能盛放烧碱溶液，但能盛放氢氟酸。 （　×　） （1）金刚砂为碳化硅，与金刚石结构类似，但不是金刚石的同素异形体。 （2）硅酸盐结构复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。 （3）因玻璃中的SiO2能与碱反应，所以不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放烧碱溶液；氢氟酸也能与SiO2反应，故也不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氟酸。 （见学生用书P39） 探究点1　硅酸盐材料 1.现代生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。对比普通玻璃的成分及原料，推测高温下制造玻璃的过程中发生的反应。 答案　普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2；制造普通玻璃的主要原料有纯