新型无机非金属材料+高一下学期化学人教版必修第二册

第五章化工生产中的重要非金属元素

第三节无机非金属材料

第2课时新型无机非金属材料【学习目标】1.通过对硅及化合物的学习培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养。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【新课导入】碳化硅金刚石切割片二氧化硅光导纤维硅芯片输送药物的纳米材料

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．传统的硅酸盐材料：优点：抗腐蚀、耐高温；

缺点：质脆、经不起热冲击。2.新型无机非金属材料的特性：①承受高温，强度高。②具有光学特性。③具有电学特性。④具有生物功能。【新课导入】①请画出碳和硅的原子结构示意图Si位于元素周期表第三周期，第ⅣA，处于金属与非金属过渡位置，其单质的导电性介于绝缘体与导体之间，作为半导体材料【问题导学】②硅的存在形式硅是一种亲氧元素在自然界中都以化合态存在，主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙、石英砂）的形式存在OSi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。碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。【点拨精讲】1.单质硅有晶体硅和无定形硅两种（单质硅的两种形态）2.晶体硅的物理性质：硬度

，质地

，熔点

。大脆高（1410℃）晶体硅呈灰黑色，有金属光泽,因导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的良好的半导体材料。一、晶体硅硅晶体内部硅原子排列情况3.晶体硅的化学性质：在常温下只能与氟气(F2)、HF、氢氧化钠反应，加热时能与氧气、氯气反应。①稳定性：常温下三反应Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+4HF==SiF4↑+2H2↑(与唯一酸反应)②还原性：加热(高温)三反应加热Si+Cl2==SiCl4加热Si+O2==SiO2高温Si+C==SiC(金刚砂)在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅SiCl4+2H2===Si+4HCl高温（高纯硅99.9999999％）提纯硅Si+2Cl2===SiCl4高温粗硅制粗硅：SiO2+2C==Si+2CO↑高温粗硅4.晶体硅的制备：

SiO2+3C==SiC+2CO↑高温若C过量：碳化硅(俗名：金刚砂)Si+3HCl==SiHCl3+H2高温SiHCl3+H2==Si+3HCl高温（高纯硅）提纯硅SiO2+2C==Si+2CO↑(粗硅)高温工业上利用焦炭与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。思考：集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料；利用其半导体性能制成计算机、通信设备和家用电器的芯片；还可以制成太阳能电池；5.晶体硅的用途：价值5元的沙子SiO2价值5000元的芯片点沙成金SiO2是自然界中沙子、石英的主要成分。玛瑙无色透明彩色环带或层状结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙硅石二、二氧化硅的存在形态天然的二氧化硅叫硅石；结晶的二氧化硅叫石英。SiO2的晶体结构晶体Si的结构硅和SiO2都是正四面体结构，性质很稳定1.物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。2.化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。二、二氧化硅的结构与性质

与碱性氧化物反应生成盐

SiO2

+CaO==

CaSiO3

3.化学性质:高温与强碱反应生成盐和水

SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O③与HF的反应（

SiO2的特性）SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O②不与水反应与某些盐的反应

SiO2

+Na2CO3

==

Na2SiO3+CO2↑

高温①酸性氧化物硅酸钠（粘合性）—唯一能与SiO2反应的酸雕刻玻璃实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？2.某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确?不正确。因为SiO2跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O思考：3.加热熔融NaOH和不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚，为什么？陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应

4.二氧化硅的用途①沙子是基本的建筑材料；

②纯净的SiO2用来制造光导纤维；③水晶、石英和玛瑙可制作饰品和工艺品；④水晶用来制造电子工业中的重要部件。光纤通信的原理：光在二氧化硅形成的光密介质中全反射传递信息。故光导纤维的通信具有容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。石英坩埚三、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅2、新型陶瓷3、碳纳米材料富勒烯碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60是由石墨片层卷成的管状物石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨SiC（金刚砂）氮化硅Si3N4压电陶瓷透明陶瓷Si应用:芯片、太阳能电池SiO2应用:可用于制光导纤维超导陶瓷新型无机非金属材料硅和二氧化硅新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷石墨烯、富勒烯、碳纳米管存在：化合态（亲氧元素）

二氧化硅：类别：酸性氧化物化合价：弱氧化性用途：光导纤维特性：与HF反应

硅：制备和用途纳米材料【课堂小结】1.下列叙述错误的是（）

A.硅在自然界中主要以单质形式存在B.硅是应用最广泛的半导体材料

C.高纯度的硅可用于制造计算机芯片D.二氧化硅可用于生产玻璃2.有下列物品或设备：①陶瓷餐具

②砖瓦

③混凝土桥墩

④门窗玻璃⑤水晶镜片

⑥石英钟

⑦水晶项链

⑧硅太阳能电池

⑨光导纤维

⑩计算机芯片（1）用到硅单质的是______．（用序号填写，下同）（2）所用材料主要为SiO2的是_________．（3）所用材料主要成分为硅酸盐的是____________．A⑧⑩⑤⑥⑦⑨①②③④【当堂检测】3.有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式：______________________

SiO2+4HF

===

SiF4↑+2H2O3、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是

()A.传统无机非金属材料是指:光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但强度比较差C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐C4、硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2和CO2都属于酸性氧化物,性质相似,SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为________,工艺师常用____________(填物质名称)来雕刻玻璃。(2)用Na2