第5章 第3节 无机非金属材料（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中化学必修第二册（人教版2019 不定项版）

第三节　无机非金属材料 课程标准 核心素养目标 　　1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硅、二氧化硅的主要性质。 2．认识无机非金属材料在生产中的应用和对生态环境的影响。 　　1.科学探究与创新意识：了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学习化学的兴趣。 2．科学态度与社会责任：了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。 [对应学生用书P35] 一、硅酸盐材料 1．硅酸盐的结构与性质 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)，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Si相结合。 (2)硅酸盐的性质 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高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 2．传统硅酸盐材料 原料 设备 主要成分 主要用途 陶瓷 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) — 硅酸盐 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃 纯碱、石灰石和石英砂 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿等 水泥 黏土和石灰石 水泥回转窑 硅酸盐 用于建筑和水利工程 二、新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅元素的“位—构—性”及存在形式 ①硅元素的“位—构—性”关系 ②存在形式：硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。 (2)工业制备高纯硅 工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅通过化学方法提纯，得到高纯硅。 分别写出上述各步骤中反应的化学方程式。 SiO2＋2CSi＋2CO↑； Si＋3HClSiHCl3＋H2； SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 (3)硅和二氧化硅的用途 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芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 二氧化硅可用来生产光导纤维，通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 2．新型陶瓷 3．碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 物质 结构及性能 主要用途 富勒烯 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 — 碳纳米管 可以看成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 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度 在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面应用广泛 ◆拓展延伸 最简单的硅酸盐(Na2SiO3) (1)Na2SiO3是白色固体，可溶于水，其水溶液是一种无色黏稠的液体，俗称水玻璃，是一种矿物胶。 (2)Na2SiO3的化学性质稳定，不能燃烧，热稳定性好，但能与较强酸反应生成难溶于水的H2SiO3： Na2SiO3＋2CO2(足量)＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3。 (3)Na2SiO3溶液的主要用途： 用作建筑、纸张的黏合剂，制备木材阻燃剂等。 ◆名师点拨 无机非金属材料的分类 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆易错警示 硅和二氧化硅的性质 (1)硅元素具有亲氧性，在自然界中只以化合物(硅酸盐、SiO2)形式存在，不存在单质硅。 (2)有金属光泽、能导电的单质不一定是金属单质，如晶体硅。 (3)制备粗硅时，SiO2与焦炭反应生成的气体是CO，不是CO2。 (4)硅和二氧化硅只能与氢氟酸(HF)反应，不能与其他酸反应。 备课札记