【寒假预习专用】2025春高一化学必修第二册人教版导学案 5.3 无机非金属材料.docx

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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

课程学习目标

1．通过查阅资料，了解传统无机非金属材料的原料、成分，认识无机非金属材料在生产中的应用。

2．通过硅、二氧化硅的结构及性质的学习，认识硅单质、二氧化硅在生产中的应用。

3．通过新型无机非金属材料的学习，认识新型无机非金属材料在生产中的应用。

学科核心素养

宏观辨识与微观探析：能从二氧化硅、二氧化碳的结构角度分析两者性质的差异，形成“结构决定性质”的观念

科学态度与社会责任：能通过无机非金属材料的学习，认识化学对社会发展的重要贡献，具有可持续发展意识，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断

【新知学习】

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。

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。

一．硅酸盐材料

传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。

1.硅酸盐的结构、特点

结构

特点

硅氧四面体

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

2.陶瓷

产品

主要原料

制备过程

生产应用

陶瓷

黏土?

原料经高温烧结而成

建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等

3.玻璃和水泥

产品

主要原料

主要设备

主要成分

用途

普通

玻璃

纯碱、石灰石、石英砂

玻璃窑

Na2SiO3、

CaSiO3、SiO2

建筑材料、光学仪器、各种器皿、

高强度复合材料等

水泥

石灰石、黏土

水泥回转窑

硅酸盐

和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程

二．新型无机非金属材料

1.硅和二氧化硅

（1）硅元素的存在

硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧，在地壳中含量居第二位。硅是一种亲氧元素，其在自然界中总是与氧相互化合，自然界中以化合态态形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。

硅原子和碳原子最外层电子数为4个，它们既难失去电子，也难得到电子，其中碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。

（2）硅的工业制法及提纯

eq\x(石英砂)eq\o(――→,\s\up7(①焦炭),\s\do5(高温))eq\x(粗硅)eq\o(――→,\s\up7(②氯气),\s\do5(加热))eq\x(SiCl4)eq\o(――→,\s\up7(③氢气),\s\do5(高温))eq\x(高纯硅)

涉及的化学方程式：

①SiO2+2CSi+2CO↑

②Si+3HClSiHCl3+H2

③SiHCl3+H2Si+3HCl

硅的用途：①良好的半导体材料；②太阳能电池；③计算机芯片。

（3）二氧化硅（SiO2）

SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，天然SiO2存在形态有结晶形和无定型形两大类。石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。

二氧化硅中每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多个这样的四面体又通过顶角的O相连，每个O与2个Si相结合，二氧化硅晶体中Si和O按1:2的比例组成立体网状结构的晶体，二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。

【拓展】SiO2的化学性质：

①不与水、一般的酸反应

②具有酸性氧化物的通性

分别写出SiO2与CaO、NaOH、溶液反应的化学方程式：

SiO2＋CaOeq\o(=====,\s\up7(高温))CaSiO3；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；

与Na2CO3反应：固体高温条件下SiO2＋Na2CO3eq\o(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑

③特性：与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

二氧化硅的用途：

①沙子是基本的建筑材料。

②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作