高中化学第三节 无机非金属材料导学案

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【导】[教学目标]
了解陶瓷，玻璃，水泥等传统硅酸盐的生产原料，性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。
了解晶体硅，二氧化硅，新型陶瓷，碳纳米材料性能与用途。
[重点难点] 玻璃，水泥，硅，二氧化硅，新型陶瓷等无机非金属材料主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。
[感知基础]阅读课本
无机非金属材料
特点：从组成上，大多数含有Si，O等元素，具有耐高温，抗腐蚀，硬度高特点，有些有特殊的光学，电学性能。
传统无机非金属材料（硅酸盐材料）
1.特点：结构上，硅氧四面体结构，每个Si连4个O，每个O连2个Si
性质上，硬度高，难溶于水，耐高温，耐腐蚀
2.分类
3.玻璃的成分： Na2SiO3，CaSiO3和SiO2
新型无机非金属材料
Si
（1）硅元素存在形式：硅酸盐和氧化物。地壳中含量O、Si、Al、Fe
结构：如右图 常见价态：+4、0、-4
位置：第三周期第IV族 位于金属非金属交接处，既有金属性又有非金属性。非金属性C>Si
（2）物理性质：导电性介于导体与绝缘体之间，作为半导体材料
用途：太阳能电池，芯片，光电池（与导电有关）
（3）Si单质化学性质：（既有金属性又有非金属性）
①与NaOH反应： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 类似Al与NaOH溶液反应。
注意：不能用NaOH溶液分离Si和Al
②与HF反应： Si+4HF=SiF4↑+H2↑ 只能与HF反应
SiO2
（1）SiO2存在形式：自然界中 石英（砂）、水晶、玛瑙、沙子、硅石 人造产品：玻璃和光导纤维
（2）物理性质：无色透明，不溶于水
（3）化学性质：
①Si为+4价，具有氧化性
工业制粗硅： SiO2+2CSi+2CO↑
注意：i还原剂为C，高温下C的还原性强于Si。常温下，C的非金属性小于硅。还原性与温度有关。
Ii工业生产中焦炭过量，生成CO，不是CO2
Iii制纯硅：SiO2+2CSi+2CO Si+3HClSiHCl3+H2 SiHCl3+H2Si+3HCl
制纯硅的反应都是置换反应
②属于酸性氧化物：
与NaOH反应： SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O （碱性溶液试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞）
注意：SiO2不溶于水，不能直接和水反应生成H2SiO3
③（特殊）与HF反应
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
延伸：可以用HF雕刻玻璃，HF试剂用塑料瓶装。
④（特殊）与碳酸盐
工业制玻璃：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2
（4）用途：制玻璃，制Si，光导纤维
延伸：H2SiO3 物理性质：难溶于水 酸性：H2CO3>H2SiO3
制H2SiO3：Na2SiO3+2HCl=NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓
新型陶瓷（不是硅酸盐）
SiC 碳化硅，俗称金刚砂，类似于金刚石结构 用途：耐高温材料，磨料
碳纳米材料
富勒烯：碳原子构成笼形分子
碳纳米管：碳原子构成管装分子
石墨烯：单层石墨
注意：以上均为碳单质，互为同素异形体。
碳纳米材料是纯净物，不是胶体，没有丁达尔效应。将碳纳米材料加入水中，能形成胶体，产生丁达尔效应。
【课堂练习】
判断
二氧化硅是酸性氧化物，只能与碱反应，不能与酸反应
金刚砂与金刚石结构类似，互为同素异形体
陶瓷属于硅酸盐产品，耐酸碱腐蚀
晶体硅的主要用途是制造光导纤维
硅在自然界中以游离态和化合态形式存在
制粗硅反应中，C可以把Si置换出来，证明了C的还原性强于硅
钢化玻璃不属于硅酸盐产品
装NaOH和HF的试剂瓶不能用玻璃瓶
将序号填写在下列的空中
①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃⑤石英钟⑥硅太阳能电池⑦光导纤维⑧计算机芯片⑨水晶项链⑩瓷坩埚
使用了硅单质的是___________________
使用了二氧化硅的是_____________________
使用了硅酸盐的是_______________________________硅酸盐产品
原料
用途
陶瓷
黏土
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
玻璃
纯碱、石灰石、石英砂
建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维
水泥
黏土、石灰石
制作混凝土，用于建筑和水利