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1、人教版必修第二册人教版必修第二册第三节第三节 无机非金属材料无机非金属材料【学习目标与核心素养】学习目标1、了解并掌握硅、二氧化硅的性质，了解二者在生产、生活中的应用。2、根据无机非金属材料在生产、生活中的应用来研究材料的性能及应用，认识到材料对生产、生活的影响。核心素养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、通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生科学态度和社会责任的化学核心素养。思考与交流：思考与交流：同学们想一想同学们想一想这些地标建筑可能这些地标建筑可能会用到哪些材料，会用到哪些材料，列举一下。列举一下。一、硅酸盐材
2、料一、硅酸盐材料说一说：硅酸盐的结构说一说：硅酸盐的结构硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。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。【资料卡片】硅酸盐的结构硅酸盐的结构 硅硅氧氧四四面面体体结结构构的的特特殊殊性性，决决定定了了硅硅酸酸盐盐材材料料大大多多具具有有硬硬度度高高、熔熔点点高高、难难溶溶于于水水、化化学学性性质质稳稳定定、耐耐腐腐蚀等特点。蚀等特点。一、硅酸盐材料1、
3、无机非金属材料一、硅酸盐材料传统无机非金属材料陶瓷玻璃水泥（1 1）陶瓷）陶瓷一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料 陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。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古代陶瓷工艺流程：古代陶瓷工艺流程：（2 2）玻璃）玻璃 普通玻璃的主要成分为普通玻璃的主要成分为NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2它是以纯碱、石灰石和石英砂（主要成
4、分是它是以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiOSiO2 2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。杂的物理和化学变化而制得的。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 普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化
5、学方程式吗写出发生反应的化学方程式吗?【思考与交流】SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2（3 3）水泥）水泥 普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的生生产产以以黏黏土土和和石石灰灰石石为为主主要要原原料料。二二者者与与其其他他辅辅料料经经混混合合、研研磨磨后后在在水水泥泥回回转转窑窑中中煅煅烧烧，发发生生复复杂杂的的物物理理和和化化学学变变化化，加加入入适适量量石石膏膏调调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。水泥原料工业设备黏土和石灰石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
6、烧调节水泥硬化速率第三周期、第第三周期、第IV A族族二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅 (1)硅元素的存在与结构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_ _二氧化物和硅酸盐第三周期、第A族二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料半导体材料(2)硅的应用(3)硅的工业制取高温SiO2+2C=Si+2CO集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料说一说：根据元素周期表中硅的位置，为什说一说：根据元素周期表中硅的位置，为什么硅能成为应用最为广泛的半导体材料么硅能成为应用最为广泛的半导体材料自然界中的硅：自然界
7、中的硅：硅酸盐矿石硅酸盐矿石水晶（水晶（SiO SiO2 2）玛玛瑙瑙（S Si iO O2 2 ）【资料卡片】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。【资料卡片】高纯硅的制备SiO2+2C=Si+2CO18002000 Si+3HCl=SiHCl3+H2300 SiHCl3+H2=Si+3HCl1100 1.硅和二氧化硅 (4)二氧化硅二、新型无机非金属材料 二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。硅和二
8、氧化硅的用途：硅和二氧化硅的用途：硅太阳能电池板硅太阳能电池板 二氧化硅制光导纤维二氧化硅制光导纤维二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料（2 2）新型陶瓷）新型陶瓷 碳化硅（碳化硅（SiCSiC）俗称金刚砂，其中）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。作砂纸和砂轮的磨料。二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料（2 2）新型陶瓷）新型陶瓷新型新型陶瓷陶瓷高温高温结构结构陶瓷陶瓷透明透明陶瓷陶瓷超导超导陶瓷陶瓷压电压电陶瓷陶瓷【科学技术社会】压电陶瓷：
9、透明陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。高温结构陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。二、新型无机非金属材料 碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材
10、料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。（3 3）碳纳米材料）碳纳米材料二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料（3 3）碳纳米材料）碳纳米材料碳纳米碳纳米材料材料碳纳米碳纳米管管石墨烯石墨烯富勒烯富勒烯碳纳米管二、新型无机非金属材料 碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。（3 3）碳纳米材料）碳纳米材料富勒烯二、新型无机非金属材料 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了
11、重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。（3 3）碳纳米材料）碳纳米材料石墨烯二、新型无机非金属材料 石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。（3 3）碳纳米材料）碳纳米材料小结：小结：一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料（1 1）陶瓷）陶瓷 （2 2）玻璃）玻璃 （3 3）水泥）水泥二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料（1 1）硅和二氧化硫）硅和二氧化硫（2 2）新型陶瓷）新型陶瓷SiO2+2C=Si+2COSi+3HCl
12、=SiHCl3+H2SiHCl3+H2=Si+3HCI1800200018002000300300110011001.下列关于二氧化硅的叙述正确的是（）ASiO2能与水反应生成硅酸BSiO2与CO2的结构相同CSiO2用于太阳能电池DSiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中D知识巩固【课堂练习】2.下列关于硅酸的说法正确的是（）A硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得B可用反应Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3制取硅酸C因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠B【课堂练习】3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）ACO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水BCO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2DCO2是气体，而SiO2是固体B【课堂练习】