高中必修第二冊《第三節(jié)無機(jī)非金屬材料》優(yōu)質(zhì)課教案教學(xué)設(shè)計(jì)

1、 8專題03無機(jī)非金屬材料【學(xué)問導(dǎo)圖】【目標(biāo)導(dǎo)航】結(jié)合實(shí)例生疏無機(jī)非金屬材料的組成、性能與應(yīng)用之間的聯(lián)系。結(jié)合真實(shí)情景中的應(yīng)用實(shí)例，了解硅酸鹽、硅、二氧化硅的主要性質(zhì)。本專題在各種考試中主要考察無機(jī)非金屬材料的相關(guān)學(xué)問，包括硅及其化合物的性質(zhì)、用途、制備以及傳統(tǒng)及型無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)和用途，主要以選擇題的形式消滅?！局仉y點(diǎn)精講】一、硅單質(zhì)存在硅單質(zhì)主要有晶體和無定形兩大類。物理性質(zhì)：帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點(diǎn)高，硬度大，有脆性?；瘜W(xué)性質(zhì)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反響，但可以與氟、氫氟酸、堿反響。反響的化學(xué)方程式分別為：4與氟：Si2F2=SiF ；4與氫氟酸：Si4HF=SiF42H

2、2；3與堿：Si2NaOHH2O=Na2SiO 2H2。3在加熱或者點(diǎn)燃的條件下可以與氫氣、氧氣、氯氣等反響，與氧氣反響的化學(xué)方程式為Si2O O 24、主要應(yīng)用：半導(dǎo)體材料硅芯片、硅太陽能電池5、高純硅的制備涉及的主要化學(xué)反響為2(a)SiO 2C=80=2CO233(b)S3HCl0=l H (c)SiHCl H 033二、二氧化硅存在自然界中，碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)，主要以氧化物和硅酸鹽的形式SiO2 有晶體和無定形兩種，統(tǒng)稱硅石。物理性質(zhì)熔點(diǎn)高，硬度大，難溶于水。構(gòu)造SiO2 晶體有多種晶型，其根本構(gòu)造單元為硅氧四周體(如以下圖甲所示)，硅氧四周體通過氧原子相

3、互連接為空間的網(wǎng)狀構(gòu)造(如以下圖乙所示)4 2 個(gè)硅SiO2Si 和O 12?；瘜W(xué)性質(zhì)SiO2 為酸性氧化物，是硅酸的酸酐。SiO2 可以與堿反響，生成硅酸鹽，如與氫氧化鈉反響的化學(xué)方程式為 SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。在高溫條件下可以與碳酸鹽反響，如與碳酸鈣反響的化學(xué)方程式為 O2O3 CO2。O3。常溫下與氫氟酸反響的化學(xué)方程式為SiO 4HF=SiF2H O。2425、主要應(yīng)用：光導(dǎo)纖維三、硅酸、硅酸鹽1.硅酸物理性質(zhì)硅酸的溶解度小，制備的硅酸為透亮、膠凍狀，枯燥硅膠多孔，吸水性和吸附性強(qiáng)?；瘜W(xué)性質(zhì)3NaOH 溶液反響的化學(xué)方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO 2H

4、2O。3不穩(wěn)定性：受熱易分解，反響的化學(xué)方程式為232H O O H O2323aO3aO 2HCl=2NaCl3H2SiO3(膠體)。用途：硅膠可用作枯燥劑、催化劑的載體等。2.硅酸鹽硅酸鹽的構(gòu)造、特點(diǎn)構(gòu)造構(gòu)造特點(diǎn)硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等硅氧四周體硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱水玻璃，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。四、無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見硅酸鹽材料比較原料原料制備過程生產(chǎn)應(yīng)用建筑材料、絕緣材料、陶瓷黏土原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成玻璃和石英砂

5、發(fā)生簡單的物理和化學(xué)變化而制得原料與其他輔料經(jīng)混合、研磨后在水水泥和水利工程化學(xué)變化，參加適量石膏調(diào)整水泥硬化速率，再磨成細(xì)粉即得化速率，再磨成細(xì)粉即得23223232玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反響：a O O a O O ；O O O 23223232CO2。型材料成分性能主要應(yīng)用型材料成分性能主要應(yīng)用碳原子、硅原子以砂紙和砂輪的磨料、耐高金剛砂共價(jià)鍵連接，構(gòu)造溫構(gòu)造材料和耐高溫半性能優(yōu)異類似金剛石導(dǎo)體材料高溫構(gòu)造碳化硅、氮化硅、用于火箭發(fā)動機(jī)、汽車發(fā)陶瓷金屬氧化物蝕動機(jī)和高溫電極材料等能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能用于濾波器、揚(yáng)聲器、超壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽等的相互轉(zhuǎn)化聲波探傷器和點(diǎn)火器等氧化鋁、氧化釔等透

6、亮陶瓷；氮化鋁、 具有優(yōu)異的光學(xué)性能、 用于高壓鈉燈、激光器、透亮陶瓷氟化鈣等非氧化物耐高溫、絕緣性好高溫探測窗等透亮陶瓷YBa Cu O237-、臨界溫度下具有超導(dǎo)用于電力、交通、醫(yī)療領(lǐng)超導(dǎo)陶瓷Bi Sr Ca Cu O、222310性域等Tl Ba Ca Cu O222310(2)碳納米材料型材料型材料構(gòu)造特點(diǎn)主要性能主要應(yīng)用工業(yè)材料，應(yīng)用于電化學(xué)，碳原子構(gòu)成的一富勒烯催化劑，化裝品，抗癌藥物系列籠形分子等方面表現(xiàn)出優(yōu)異性等能石墨片層卷成的碳納米管直徑納米級的管狀物強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)器等石墨烯一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導(dǎo)率高、具有很高的強(qiáng)度器、電池和復(fù)合材料等方面3 傳統(tǒng)無

7、機(jī)非金屬材料與型無機(jī)非金屬材料的區(qū)分類別類別傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料型無機(jī)非金屬材料主要成分硅酸鹽不肯定是硅酸鹽大都強(qiáng)度高、硬度大，耐高溫，另外還主要抗腐蝕、耐高溫、質(zhì)脆、經(jīng)不具有肯定的電學(xué)特性、光學(xué)特性和生物特性起熱沖擊功能等特別提示： 1氫氟酸能腐蝕玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放堿性溶液的試劑瓶SiO2 Na2SiO3。高溫不能依據(jù)反響 2C2i2CO來說明 C 的復(fù)原性比 i 強(qiáng)，也不能依據(jù)反響 2高溫3a2a2O O2來說明2 水化物的酸性比H3 強(qiáng)。此類反響能進(jìn)展的緣由是由于3在高溫條件下，生成物中的氣體從反響體系中逸出，有利于反響向右進(jìn)展。SiO2 NaOH 溶

8、液、HF 溶液反響，但不屬于兩性氧化物，屬于酸性氧化物，但與水不能直接反響。24C SiO2 CO CO 。225不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO 的是晶體硅。2【典題精練】考點(diǎn) 1、考察硅及其化合物的性質(zhì)以下表達(dá)中正確的選項(xiàng)是()高溫由于a3a2O3，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)碳和硅都是A 族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性質(zhì)相像二氧化硅既溶于氫氧化鈉溶液又溶于氫氟酸，所以二氧化硅是兩性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反響生成硅酸名師歸納：硅及其化合物性質(zhì)“反?！毙〗Y(jié)一般狀況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高，

9、硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。一般狀況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。高溫2Si 的復(fù)原性強(qiáng)于C，但C Si：SiO 2C=Si2CO。23非金屬單質(zhì)與堿反響一般既作氧化劑又作復(fù)原劑，且無氫氣放出，但硅與強(qiáng)堿溶液反響只作復(fù)原劑，且放出氫氣：Si2NaOHH2O=Na2SiO 2H2。3非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反響，但硅能跟氫氟酸反響：Si4HF=SiF42H2。一般狀況下，堿性氧化物酸鹽水，二氧化硅是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反響：SiO2 4HF=SiF42H2O(SiF4 SiO2不是兩性氧化物)。一般狀況下，無機(jī)酸能溶于水，但硅酸卻難溶于水。一般狀

10、況下，較強(qiáng)酸較弱酸的鹽較弱酸較強(qiáng)酸的鹽(溶液中的反響)。因碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以水玻璃在空氣中易變質(zhì)：Na2SiOH OCO=NaCO HSiO (膠體)。322高溫2323但在高溫下，可發(fā)生反響 Na2COSiOSiOCO(CO離開反響體系促進(jìn)反響的正向進(jìn)行)。322322(Na、K)能置換出水中的氫，但 C 在高溫下也能置換出 H2O C高溫2H2H 。2一般狀況下，酸性氧化物與水反響生成相應(yīng)的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不與水反響。考點(diǎn) 2、考察硅及其化合物的用途例2、硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。以下說法正確的選項(xiàng)是(A.水晶項(xiàng)鏈?zhǔn)枪杷猁}制品硅單質(zhì)廣泛用于光纖通訊利用鹽酸刻蝕石

11、英制作藝術(shù)品水泥、玻璃、陶瓷屬于傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料名師歸納：(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料都是以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)過高溫發(fā)生簡單的物理、化學(xué)變化制成，產(chǎn)品都為硅酸鹽。(2)生產(chǎn)中承受不同的原料和工藝，也可以制得多種具有不同性能和用途的玻璃。例如，利用含有鉛的原料可制得光學(xué)玻璃；參加硼酸鹽制成耐化學(xué)腐蝕、耐溫度急劇變化的玻璃；參加一些金屬氧化物或鹽可以得到彩色玻璃。考點(diǎn) 3、考察硅及其化合的制備3、硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請答復(fù)以下問題：(SiHCl3)產(chǎn)過程示意圖如下：寫出由純SiHCl3 制備高純硅的化學(xué)方程式：。3整個(gè)制備過程必需嚴(yán)格把握無水無氧。SiHCl3 遇水猛烈反響生成H2SiO 、HCl 和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)方程式：；H2 復(fù)原 SiHCl3 過程中假設(shè)混入O2，可能引起的后果是。3名師歸納：以下有關(guān)硅材料的說法正確的選項(xiàng)是(填字母)。 A碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥 B氮化硅硬度大、熔點(diǎn)高，可用于制作高溫陶瓷和軸承 C高純度的二氧化硅可用于制造高性能通信材料光導(dǎo)纖維D一般玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高E鹽酸可以與硅反響，故承受鹽酸為拋光液拋光單晶硅