化學高中人教版必修二第五章化工生產中的重要非金屬元素第三節無機非金屬材料課時2新型無機非金屬材料學習目標1.通過閱讀和討論，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統硅酸鹽材料的生產原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分2.通過學習，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領域所發揮的重要作用，激發學生學習化學的興趣硅的存在形式學知識返回導讀硅是一種親氧元素在自然界中主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數礦物）和氧化物（如水晶、瑪瑙、石英砂）的形式存在在地殼中的含量位居第二，僅次于氧元素硅與二氧化硅學知識返回導讀從硅在自然界中的存在，你能看出二氧化硅具有哪些物理性質嗎？【思考】SiO2是一種難溶于水的非金屬氧化物，硬度大，熔點高SiO2有結晶態（如瑪瑙、沙子、石英等）和無定形態（如硅藻土）兩種，統稱為硅石硅與二氧化硅學知識返回導讀從二氧化硅的物理性質，結合硅在元素周期表中的位置，你能預測二氧化硅的空間結構嗎？二氧化硅的結構和硅酸鹽相同，都是硅氧四面體結構：一個硅連接四個氧，一個氧連接兩個硅，故化學式為SiO2以硅為研究對象，1molSiO2含有1mol硅原子，1mol硅原子會形成4mol硅氧鍵【思考】硅與二氧化硅學知識返回導讀相同點

碳和硅位于同一主族，探究CO2和SiO2的化學性質有什么相同點和不同點？【活動】酸性氧化物與強堿溶液反應：與堿性氧化物反應：SiO2＋2NaOH

Na2SiO3＋H2O

硅酸鈉（粘合性）SiO2＋CaO

CaSiO3高溫二氧化硅是硅酸的酸酐，但是二氧化硅不能與水反應生成硅酸【注意】弱氧化性SiO2+2C

Si+2CO↑高溫（在玻璃上雕花刻字）特性SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2OHF是唯一能與SiO2反應的酸硅與二氧化硅學知識返回導讀SiO2用途①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光學和光纖制品的基本原料；③水晶、石英和瑪瑙可制作飾品和工藝品；④水晶用來制造電子工業中的重要部件。光導纖維能導電嗎？【思考】硅與二氧化硅學知識返回導讀盛放酸性和氧化性溶液的試劑瓶不能用橡膠塞，盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，為什么？【思考】酸性和氧化性溶液會腐蝕橡膠塞，而堿性溶液會與玻璃中的SiO2反應，生成硅酸鈉，使試劑瓶與瓶塞粘在一起加熱熔融NaOH和不能使用陶瓷坩堝，石英坩堝和鋁坩堝，只能使用鐵坩堝，為什么？陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能與NaOH反應，鋁坩堝的主要成分是氧化鋁，也能與NaOH反應

硅與二氧化硅學知識返回導讀二氧化碳

二氧化硅水堿堿性氧化物碳酸鹽HF氧化性CO2+2NaOH====

Na2CO3+H2O不反應CO2+H2O====

H2CO3CO2+CaO====

CaCO3不反應CO2+H2O+Na2CO3

====

2NaHCO3

CO2+C====2COSiO2+CaO=====

CaSiO3高溫

SiO2+4HF====

SiF4↑+2H2OSiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+2C====

Si+2CO↑高溫SiO2+2NaOH====

Na2SiO3+H2O硅學知識返回導讀資料卡片——高純硅的制備工業上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉化為三氯硅烷（SiHCl3），再經氫氣還原得到高純硅。高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域。利用其半導體性能可以制成計算機、通信設備和家用電器等的芯片，以及光伏電站、人造衛星和電動汽車等的硅太陽能電池。硅元素處于金屬與非金屬的過渡位置，其單質的導電性介于導體與絕緣體之間，是應用最為廣泛的半導體材料。硅的制備學知識返回導讀①SiO2+2C

Si+2CO↑

②

Si+3HCl

SiHCl3+H2③SiHCl3+H2

Si+3HCl工業制備高純硅的原理示意圖學知識返回導讀硅的化學性質④Si+4HF===SiF4↑+2H2↑⑤Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑①Si+2F2===SiF4△③Si+O2===SiO2△②Si+2Cl2===SiCl4△返回導讀見核心知識P141學知識新型陶瓷

新型陶瓷在組成上不再限于傳統的硅酸鹽體系是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細微粒為原料特制而成。又稱精細陶瓷、精密陶瓷。在光學、熱學、電學、磁學等方面有很多新的特性和功能。返回導讀見核心知識P141學知識新型陶瓷碳化硅結構碳原子和硅原子通過共價鍵連接，類似于金剛石的空間網狀結構性質硬度大，熔點高，抗氧化應用

砂紙和砂輪的磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料（俗稱金剛砂）一種新型高溫結構陶瓷返回導讀學知識新型陶瓷高溫結構陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結而成，具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等優良性能。與金屬材料相比，更能適應嚴酷的環境，可用于火箭發動機、汽車發動機和高溫電極材料等。壓電陶瓷主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實現機械能與電能的相互轉化?？捎糜跒V波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等。透明陶瓷主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優異的光學性能，耐高溫，絕緣性好?？捎糜诟邏衡c燈、激光器和高溫探測窗等。超導陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導性，可用于電力、交通、醫療等領域。返回導讀學知識碳納米材料碳納米材料是近年來人們十分關注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。返回導讀學知識碳納米材料富勒烯是由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的發現為納米科學提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應用的新時代。碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。石墨烯在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入。練能力提升練習返回導讀下列有關敘述不正確的是(

)A.硅在自然界中主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在B.高純硅是制造芯片及硅太陽能電池的常用材料C.單質硅既不能與酸反應也不能與堿反應D.工業上制備高純硅的流程一般為石英砂→粗硅→三氯硅烷→高純硅解析：硅是親氧元素，在自然界中無游離態，主要以硅酸鹽和氧化物(如水晶、瑪瑙)的形式存在,故A正確；硅位于第三周期ⅣA族，其化學性質不活潑,但能和氫氧化鈉溶液、氫氟酸發生反應，故C不正確。C練能力提升練習返回導讀3.材料與生活、生產息息相關，目前使用的材料主要有：金屬材料、傳統無機非金屬材料、新型無機非金屬材料、高分子材料、復合材料等。（2）玻璃是重要的建筑和裝飾材料，玻璃屬于

(填“純凈物”或“混合物”)。有些玻璃的花紋是利用氫氟酸對普通玻璃中的二氧化硅的腐蝕作用而制成的，寫出該反應的化學方程式

。（3）氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高，化學性質穩定。工業上普遍采用高純硅與純氮在1300℃反應獲得氮化硅，該反應屬于化學反應基本類型中的

反應；已知氮化硅中硅元素的化合價為+4價，則氮化硅的化學式為

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