硅酸鹽材料硅（件）高一化學(xué)（人教版2019）

人教版必修第二冊(cè)網(wǎng)科學(xué)目標(biāo)素養(yǎng)第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第3節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)習(xí)目標(biāo)【重點(diǎn)難點(diǎn)】1.通過(guò)閱讀和討論，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用2.通過(guò)學(xué)習(xí)，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(wú)機(jī)非金屬材料的奇特性能在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無(wú)機(jī)非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分硅酸鹽材料晶體硅材料按照化學(xué)組成和特性來(lái)分：無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料：傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料塑料、合成橡膠、合成纖維無(wú)機(jī)非金屬材料含有元素性能應(yīng)用硅氧等元素耐高溫、抗腐蝕、硬度高特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能日常生活應(yīng)用

航空航天領(lǐng)域新能源領(lǐng)域信息領(lǐng)域材料是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類(lèi)使用的材料除了金屬材料，還有無(wú)機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無(wú)機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展對(duì)材料性能要求的提高，一批新型無(wú)機(jī)非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域必需的材料。學(xué)習(xí)任務(wù)一傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料自主學(xué)習(xí)【閱讀課本19頁(yè)、20頁(yè)回答下列問(wèn)題】1、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料多為什么材料？有哪些？2、硅酸鹽材料有什么共性？從結(jié)構(gòu)上看原因是什么？3、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料主要成分是什么？各有什么性能和用途4、工業(yè)上生產(chǎn)三大硅酸鹽材料用的原料、設(shè)備和生產(chǎn)條件各是什么？傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料--硅酸鹽材料硅酸鹽一、硅酸鹽概述

硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱(chēng)硅酸鹽是一類(lèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，一般都不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定最簡(jiǎn)單的硅酸鹽—Na2SiO3☆物理性質(zhì)易溶于水，其水溶液俗稱(chēng)水玻璃，又稱(chēng)泡花堿，是一種無(wú)色黏稠的液體，黏性很強(qiáng)?！罨瘜W(xué)性質(zhì)硅酸鈉水溶液呈堿性，易吸收空氣中CO2而變質(zhì)Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3☆具體應(yīng)用①Na2SiO3溶液（水玻璃）——木材防火、黏膠劑等②制備硅酸：普通玻璃Na2CaSi6O14硅酸鹽的豐富性和復(fù)雜性石棉Mg3CaSi4O12黏土Al2Si2H4O9長(zhǎng)石K2Al2Si6O16怎樣將它們的化學(xué)式改寫(xiě)得簡(jiǎn)單一點(diǎn)?思考與交流二、硅酸鹽的表示方法：如：硅酸鈉：Na2SiO3

硅酸鈣：CaSiO3用二氧化硅和金屬氧化物的形式來(lái)表示其組成1、化學(xué)式法（表示組成簡(jiǎn)單的硅酸鹽）：2、氧化物法（表示復(fù)雜的硅酸鹽）：如：硅酸鈉：Na2O·

SiO2硅酸鈣：CaO·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2OKAlSi3O8：CaMg3Si4O12：CaO·3MgO·4SiO2Al2(Si2O5)(OH)4：反饋練習(xí)K2O·Al2O3·6SiO2書(shū)寫(xiě)原則各元素原子總個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成分?jǐn)?shù)化整金屬氧化物·

二氧化硅·

水按金屬活動(dòng)順序表依次排列陶瓷原料：歷史：應(yīng)用：黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)青花瓷、唐三彩生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等China反應(yīng)條件：高溫?zé)Y(jié)瓷都新石器時(shí)代就能燒制唐宋時(shí)期達(dá)到鼎盛：性質(zhì)

陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，陶瓷制品一直為人們所喜愛(ài)。三、傳統(tǒng)的三大硅酸鹽產(chǎn)品陶器汝哥鈞定瓷器官玻璃原料：工業(yè)設(shè)備：應(yīng)用：純堿、石灰石和石英砂玻璃窯主要成分：生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿，制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反應(yīng)條件：高溫熔融SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑加入元素或物質(zhì)

玻璃特性

用途含鉛原料光學(xué)玻璃:透光性好,折射率高制造眼鏡、照相機(jī)和光學(xué)儀器的透鏡硼酸鹽耐化學(xué)腐蝕、耐溫度急劇變化制造可用于實(shí)驗(yàn)室使用的玻璃儀器金屬氧化物或鹽彩色玻璃用于建筑和裝飾特種玻璃

（Co2O3、CuO）性能：玻璃無(wú)固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。主要反應(yīng)：水泥原料：工業(yè)設(shè)備：黏土、石灰石、石膏水泥回轉(zhuǎn)窯混凝土：水泥、沙子和碎石等與水混合石膏的作用：條件：高溫煅燒調(diào)節(jié)水泥硬化速率水泥是一種非常重要的建筑材料。萬(wàn)丈高樓平地起，穿針引線是水泥。2.關(guān)于水泥的認(rèn)識(shí)(1)水泥具有吸水性,在空氣中吸水發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化而失去了原有

的性質(zhì),因而變硬的水泥不能使用。(2)水泥不能抗酸的腐蝕是因?yàn)樗嗟某煞种杏刑妓猁},碳酸鹽與酸反應(yīng)會(huì)放

出CO2。水泥砂漿：水泥、沙子和水的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物產(chǎn)品原料主要成分應(yīng)用陶瓷_______(含水的鋁硅酸鹽)玻璃普通玻璃：水泥黏土純堿、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）Na2SiO3、CaSiO3和SiO2生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料黏土和石灰石以及其他輔料大量用于建筑和水利工程自主學(xué)習(xí)【微思考1】生產(chǎn)玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂(主要成分為SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了怎樣的反應(yīng)?試寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。【微思考2】為什么硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)？在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過(guò)頂角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)二新型無(wú)機(jī)非金屬材料自主學(xué)習(xí)看到計(jì)算機(jī)的芯片，傳導(dǎo)電話的光纜，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的玻璃儀器，你能想象得出它們都是以硅或硅的化合物材料制成的嗎？除了以硅酸鹽為主要成分的傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料外，你還知道其他無(wú)機(jī)非金屬材料嗎？讓我們走進(jìn)教材一起學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)非金屬材料?！鹃喿x課本21、22頁(yè)回答問(wèn)題】1、畫(huà)出硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖2、硅在周期表中的位置，在自然界中存在是怎樣的？3、硅單質(zhì)有什么特性4、通過(guò)閱讀課本內(nèi)容及資料卡片你能得出硅的哪些化學(xué)性？5、畫(huà)出工業(yè)高純硅的制備流程，寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)方程式

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型無(wú)機(jī)非金屬材料相繼問(wèn)世。高純度的含硅元素的材料：?jiǎn)尉Ч?、二氧化硅等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能。含碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。1.硅

處于金屬與非金屬的過(guò)渡位置半導(dǎo)體材料硅的原子結(jié)構(gòu)硅原子和碳原子的最外電子層均有4個(gè)電子，其原子既不易失去也不易得到電子，主要形成四價(jià)的化合物。Si+14842硅在地殼中含量?jī)H次于氧，位于第二位SiC+642通過(guò)下列圖片總結(jié)歸納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種親氧元素,在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態(tài)存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。硅的制備⑴SiO2+2C===Si+2CO↑(粗硅)高溫⑵Si+3HCl===SiHCl3+H2高溫⑶SiHCl3+H2===Si+3HCl（高純硅）高溫若C過(guò)量：SiO2+3C==SiC+2CO↑高溫碳化硅(俗名：金剛砂)工業(yè)上用焦炭還原石英砂可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅提純?nèi)绾沃苽涓呒兌鹊墓瑁抗I(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說(shuō)明碳的還原性大于硅？提示：氧化性、還原性的強(qiáng)弱，必須是在通常的情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強(qiáng)弱。Si(3)硅的工業(yè)制取高純硅的制備

工業(yè)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(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。如何制備高純度的硅？工業(yè)上用焦炭還原石英砂可知制得含有少量雜質(zhì)的粗硅⑴SiO2+2C==Si+2CO↑(粗硅)高溫若C過(guò)量：SiO2+3C==SiC+2CO↑高溫碳化硅(俗名：金剛砂)提純⑵Si+3HCl==SiHCl3+H2高溫⑶SiHCl3+H2==Si+3HCl（高純硅）高溫晶體硅的用途硅晶片是生產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)材料Si導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料硅太陽(yáng)能電池Si價(jià)值5元的沙子SiO2Si價(jià)值5000元的芯片點(diǎn)沙成金從沙灘到用戶(hù)晶體硅的用途Si2.利用高純硅的半導(dǎo)體性能，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)換成電