2022-2023学年人教版必修二 5.3 无机非金属材料 学案

.3无机非金属材料【学习目标】1.了解硅和二氧化硅、传统的硅酸盐制品和新型的无机非金属材料的应用。2.了解硅的制备原理。3.认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。【学习重难点】重点：1.了解硅和二氧化硅、传统的硅酸盐制品和新型的无机非金属材料的应用。2.了解硅的制备原理。难点：1.了解硅和二氧化硅、传统的硅酸盐制品和新型的无机非金属材料的应用。2.了解硅的制备原理。【课前小测】1.下列反应中硝酸既能表现出酸性又表现出氧化性的是()A.使石蕊溶液变红B.与铜反应放出NO气体，生成Cu(NO3)2C.与Na2CO3反应放出CO2气体，生成NaNO3D.与S单质混合共热时生成H2SO4和NO22.在一定温度下，32g金属铜与足量某浓度的硝酸溶液完全反应，生成NO2和NO的物质的量之比为1∶3，则反应过程中转移的电子为()A.1molB.2molC.3molD.4mol【学习过程】一、硅酸盐材料1.硅酸盐的概念硅酸盐是由、和组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。2.硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧，其结构如图所示。每个Si结合个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相互连接，每个为两个四面体所共有，与个Si相结合。3.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、熔点、于水、化学性质、耐等特点。Na2SiO3的水溶液俗称、；特性：；相对稳定，燃烧。用途：制备木材防火剂、制备硅胶、肥皂填充剂、黏胶剂。4.表示方法：⑴化学式法：适用于简单的硅酸盐如，Na2SiO3、CaSiO3等。⑵氧化物法：硅酸盐氧化物形式的改写。eq\x(书写形式)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→较活泼金,属氧化物→二氧化硅→水，氧化物之间以“·”隔开))eq\x(化学计量数)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(配置原则：各元素原子总个数比值符合原来,的组成，若出现分数时应化为整数))例如：硅酸钠：Na2SiO3氧化物法；硅酸钙：CaSiO3氧化物法。5.常见的硅酸盐材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：辅助原料：适量的石膏设备主要成分成分复杂硅酸钠(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)特点抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维大量用于建筑和水利工程新型无机非金属材料(一)硅和二氧化硅1.硅的存在，结构，性质，制备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位①单质硅是应用最为广泛的材料。②高温下，硅能与氧气反应生成，与氯气反应生成。2.硅的化学性质①常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。②加热时能与氧气、氯气、碳等反应。硅的用途：Si导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，硅是信息技术的关键材料.用来制造集成电路、晶体管等半导体器件，还可用来制成太阳能电池。硅的合金用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。硅的制备。eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(焦炭),\s\do5(1800～2000℃))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(HCl),\s\do5(300℃))eq\x(SiHCl3)eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))eq\x(高纯硅)①②③其中涉及的主要化学反应为①②③3.二氧化硅的性质①存在形式：②二氧化硅(SiO2)的晶体结构硅和SiO2都是体结构性质很稳定；③物理性质和化学性质物理性质：；化学性质：酸性氧化物和碱反应：；酸性氧化物和碱性氧化物反应：和氢氟酸反应：具有氧化性：；高温下，SiO2能与部分盐反应。4.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。(二)新型陶瓷1.主要特性：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。2.举例：如陶瓷，硬度大，可用作的磨料，具有优异的性能，用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。(三)碳纳米材料1.富勒烯①主要特性：由碳原子构成的的总称，性质稳定。②用途：为纳米科学提供重要的研究对象，用C60作车轮的“纳米汽车”。2.碳纳米管①主要特性：比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。②用途：生产复合材料、电池和传感器等。3.石墨烯①主要特性：电阻率低、热导率高、强度高。②用途：广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。【当堂训练】1.“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐2.近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是 ()石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料参考答案【课前小测】1.B2.A【学习过程】一、1.硅、氧和金属2.四面体，4，O，O，23.高，高，难，稳定，腐蚀；水玻璃；泡花碱；水溶液具有黏性；不能；4.Na2O·SiO2；CaO·SiO25.黏土，纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)，黏土、石灰石，玻璃窑，水泥回转窑，无固定二、(一)1.二；氧化物和硅酸盐；略；第三周期ⅣA族；半导体，SiO2，SiCl42.①Si＋2F2=SiF4Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑②Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(加热))SiCl4用途：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl3.①结晶形、无定形②正四面③二氧化硅硬度大、熔点高