第5章 第3节 无机非金属材料-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第三节　无机非金属材料

[学习目标]　1．了解硅酸盐及其结构特点，知道常见的硅酸盐产品(玻璃、水泥、陶瓷)的工业生产。2．了解硅和二氧化硅的性质。3．知道一些新型的无机非金属材料硅和二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料等的性能和用途。

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含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，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构成了硅氧四面体结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，许多这样的四面体通过顶角的O相互连接，即每个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硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

3．下列硅酸盐材料的主要原料分别是：

陶瓷：黏土；玻璃：纯碱、石灰石、石英砂；水泥：黏土和石灰石。

二、新型无机非金属材料

1．硅和二氧化硅

(1)硅元素在周期表中的位置为第三周期、第ⅣA族，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。

(2)高纯硅的制备原理

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

高纯硅可用于生产芯片和硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤维。

2．新型陶瓷

(1)新型陶瓷与传统陶瓷相比，在组成上有很大的变化，在光学、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)

碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接而形成，与金刚石的结构类似，硬度很大，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。

(3)新型陶瓷种类：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等。

3．碳纳米材料

(1)富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物是C60。

(2)碳纳米管是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，具有相当高的强度和优良的电学性能。

(3)石墨烯是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。

判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。(　　)

(2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。(　　)

(3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土。(　　)

(4)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化。(　　)

(5)硅是良好的半导体材料，可以用来生产芯片和硅太阳能电池等。(　　)

(6)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体。(　　)

答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)×

陶瓷材料的发展历史经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器是第一次飞跃，由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃。然而陶瓷材料的致命弱点——脆性问题仍没有得到根本的解决。精细陶瓷粉体的颗粒较大，属微米级(10－6 m)。李建功教授团队用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级(10－9 m)，用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料，得到新一代纳米陶瓷，这是陶瓷材料的第三次飞跃。 [问题探究] 1．新型陶瓷属于精细陶瓷，其主要成分也是硅酸盐吗？ 提示：不一定是硅酸盐。新型无机非金属材料可能是某些元素的氧化物、氮化物，也可能是以硅酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要成分的无机材料。 2．光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一。光导纤维的主要成分是什么？碱性条件下光导纤维为什么会失去传播信号的能力？ 提示：光导纤维的主要成分是SiO2。碱性条件下，SiO2与碱反应生成硅酸盐和水，光导纤维会失去传播信号的能力。

 

知识点　重要含硅物质的性质及应用

[重点讲解]

一、硅

1．硅元素

2．硅单质的化学性质