硅酸盐材料硅（件）高一化学（人教版2019）

人教版必修第二册网科学目标素养第五章化工生产中的重要非金属元素第3节无机非金属材料学习目标【重点难点】1.通过阅读和讨论，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2.通过学习，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在高科技领域所发挥的重要作用，激发学习化学的兴趣玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分硅酸盐材料晶体硅材料按照化学组成和特性来分：无机非金属材料金属材料高分子材料：传统无机非金属材料新型无机非金属材料塑料、合成橡胶、合成纤维无机非金属材料含有元素性能应用硅氧等元素耐高温、抗腐蚀、硬度高特殊的光学、电学等性能日常生活应用

航空航天领域新能源领域信息领域材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。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。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。学习任务一传统的无机非金属材料自主学习【阅读课本19页、20页回答下列问题】1、传统无机非金属材料多为什么材料？有哪些？2、硅酸盐材料有什么共性？从结构上看原因是什么？3、传统无机非金属材料主要成分是什么？各有什么性能和用途4、工业上生产三大硅酸盐材料用的原料、设备和生产条件各是什么？传统的无机非金属材料--硅酸盐材料硅酸盐一、硅酸盐概述

硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都不溶于水，化学性质很稳定最简单的硅酸盐—Na2SiO3☆物理性质易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色黏稠的液体，黏性很强。☆化学性质硅酸钠水溶液呈碱性，易吸收空气中CO2而变质Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3☆具体应用①Na2SiO3溶液（水玻璃）——木材防火、黏胶剂等②制备硅酸：普通玻璃Na2CaSi6O14硅酸盐的丰富性和复杂性石棉Mg3CaSi4O12黏土Al2Si2H4O9长石K2Al2Si6O16怎样将它们的化学式改写得简单一点?思考与交流二、硅酸盐的表示方法：如：硅酸钠：Na2SiO3

硅酸钙：CaSiO3用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成1、化学式法（表示组成简单的硅酸盐）：2、氧化物法（表示复杂的硅酸盐）：如：硅酸钠：Na2O·

SiO2硅酸钙：CaO·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2OKAlSi3O8：CaMg3Si4O12：CaO·3MgO·4SiO2Al2(Si2O5)(OH)4：反馈练习K2O·Al2O3·6SiO2书写原则各元素原子总个数比符合原来的组成分数化整金属氧化物·

二氧化硅·

水按金属活动顺序表依次排列陶瓷原料：历史：应用：黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)青花瓷、唐三彩生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等China反应条件：高温烧结瓷都新石器时代就能烧制唐宋时期达到鼎盛：性质

陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。三、传统的三大硅酸盐产品陶器汝哥钧定瓷器官玻璃原料：工业设备：应用：纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑主要成分：生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件：高温熔融SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑加入元素或物质

玻璃特性

用途含铅原料光学玻璃:透光性好,折射率高制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜硼酸盐耐化学腐蚀、耐温度急剧变化制造可用于实验室使用的玻璃仪器金属氧化物或盐彩色玻璃用于建筑和装饰特种玻璃

（Co2O3、CuO）性能：玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。主要反应：水泥原料：工业设备：黏土、石灰石、石膏水泥回转窑混凝土：水泥、沙子和碎石等与水混合石膏的作用：条件：高温煅烧调节水泥硬化速率水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。2.关于水泥的认识(1)水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有

的性质,因而变硬的水泥不能使用。(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放

出CO2。水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物产品原料主要成分应用陶瓷_______(含水的铝硅酸盐)玻璃普通玻璃：水泥黏土纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）Na2SiO3、CaSiO3和SiO2生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料黏土和石灰石以及其他辅料大量用于建筑和水利工程自主学习【微思考1】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反应?试写出反应的化学方程式。【微思考2】为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？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。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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点学习任务二新型无机非金属材料自主学习看到计算机的芯片，传导电话的光缆，化学实验的玻璃仪器，你能想象得出它们都是以硅或硅的化合物材料制成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？让我们走进教材一起学习无机非金属材料。【阅读课本21、22页回答问题】1、画出硅的原子结构示意图2、硅在周期表中的位置，在自然界中存在是怎样的？3、硅单质有什么特性4、通过阅读课本内容及资料卡片你能得出硅的哪些化学性？5、画出工业高纯硅的制备流程，写出相关反应方程式

随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。1.硅

处于金属与非金属的过渡位置半导体材料硅的原子结构硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。Si+14842硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位SiC+642通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式思考交流Si硅的存在形式硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。硅的制备⑴SiO2+2C===Si+2CO↑(粗硅)高温⑵Si+3HCl===SiHCl3+H2高温⑶SiHCl3+H2===Si+3HCl（高纯硅）高温若C过量：SiO2+3C==SiC+2CO↑高温碳化硅(俗名：金刚砂)工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅提纯如何制备高纯度的硅？工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。Si(3)硅的工业制取高纯硅的制备

工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。如何制备高纯度的硅？工业上用焦炭还原石英砂可知制得含有少量杂质的粗硅⑴SiO2+2C==Si+2CO↑(粗硅)高温若C过量：SiO2+3C==SiC+2CO↑高温碳化硅(俗名：金刚砂)提纯⑵Si+3HCl==SiHCl3+H2高温⑶SiHCl3+H2==Si+3HCl（高纯硅）高温晶体硅的用途硅晶片是生产芯片的基础材料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硅太阳能电池Si价值5元的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙成金从沙滩到用户晶体硅的用途Si2.利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换成电