無機(jī)非金屬材料【核心知識精講精研】高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

無機(jī)非金屬材料你知道嗎思考：同學(xué)們想一想這些建筑可能會用到哪些材料，列舉一下。材料按照化學(xué)組成和特性來分：無機(jī)非金屬材料金屬材料:生鐵、鋼、鋁合金等高分子材料：塑料、合成橡膠、合成纖維任務(wù)1：認(rèn)識材料的類別無機(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

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無機(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)和社會發(fā)展對材料性能要求的提高，一批新型無機(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?；顒?：閱讀課本19頁第一段，說一說無機(jī)非金屬材料含有的元素、性能與應(yīng)用。無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料陶瓷，玻璃，水泥硅和SiO2，新型陶瓷，碳納米材料任務(wù)2：認(rèn)識硅酸鹽1.定義：由Si、O和金屬(鋁,鐵,鈣,鎂,鉀,鈉等)等元素組成的化合物的總稱2.表示方法：用鹽的化學(xué)式表示，如Na2SiO3用氧化物形式表示，如Na2O?SiO2原則：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O注意事項(xiàng)：

①氧化物之間用“·”隔開②元素化合價(jià)不變、原子比例不變

③計(jì)量數(shù)以整數(shù)書寫

④多種金屬同時(shí)存在，活潑的寫在前面

Al2O3·2SiO2·2H2O練習(xí)：

長石（KAlSi3O8）、高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]

3、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)：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)Si和

O構(gòu)成了硅氧四面體每個(gè)

Si結(jié)合

4個(gè)

O，

Si在中心，O在四面體的

4個(gè)頂角許多四面體通過頂角的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)合任務(wù)2：認(rèn)識硅酸鹽任務(wù)2：認(rèn)識硅酸鹽Na2SiO3+2HCl═2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+CO2+H2O═Na2CO3+H2SiO3↓活動2：請根據(jù)物質(zhì)類別，預(yù)測硅酸鈉可能具有的化學(xué)性質(zhì)。

試著用化學(xué)方程式表示。4.最簡單的硅酸鹽——硅酸鈉（Na2SiO3）

白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，有很強(qiáng)的黏合性。硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小；硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解生成二氧化硅。酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3任務(wù)2：認(rèn)識硅酸鹽4.最簡單的硅酸鹽——硅酸鈉（Na2SiO3）用途①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑活動3：請根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)，預(yù)測硅酸鈉可能具有的用途，試著列舉1、2。硅膠黏合劑防火劑資料卡片硅膠硅酸聚合硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠“硅膠”硅膠的用途：食品、藥品的干燥劑催化劑的載體任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品活動4：閱讀課本P20-21，說一說工業(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？任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品陶瓷原料：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。唐三彩任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品三千多年以前，地中海沿岸的貝魯斯河口旁，有一塊美麗的沙洲。一天，一艘大商船滿載著大塊的天然蘇打（碳酸鈉）經(jīng)過這里，由于海水落潮，大商船在河口沙灘上擱淺了。中午，有個(gè)船員提議在河灘上做飯，舉行一次野餐。于是大家從船上搬來做飯的大鍋，又扛了幾塊天然蘇打，用蘇打支著鍋?zhàn)銎痫垇?。吃過飯，他們收拾好東西，準(zhǔn)備回船了，一個(gè)船員突然驚訝地喊：“你們快看，這是什么東西？閃閃發(fā)光，多好看！”大家圍上來仔細(xì)看，只見那東西玲瓏剔透，晶瑩明亮，真是誰都沒見過。原來，這沙灘上都是石英砂，在船員們燒火做飯的時(shí)候，支著鍋的天然蘇打在高溫下和石英砂發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，變成了“玻璃”。玻璃誕生的美麗傳說

蘇打在高溫下和石英砂任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品玻璃原料：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+CaCO3CaSiO3+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：玻璃無固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。主要反應(yīng)：不同性能的玻璃資料卡片形形色色玻璃普通玻璃因混有鐵的化合物顯淺綠色有色玻璃在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色?；瘜W(xué)儀器玻璃光學(xué)儀器玻璃鋼化玻璃光纖玻璃資料卡片任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品水泥的發(fā)明史1824年，英國建筑工人約瑟夫·阿斯譜?。↗osephAspdin）發(fā)明了水泥并取得了波特蘭水泥的專利權(quán)。他用石灰石和粘土為原料，按一定比例配合后，在類似于燒石灰的立窯內(nèi)煅燒成熟料，再經(jīng)磨細(xì)制成水泥。因水泥硬化后的顏色與英格蘭島上波特蘭地方用于建筑的石頭相似，被命名為波特蘭水泥。它具有優(yōu)良的建筑性能，在水泥史上具有劃時(shí)代意義。石灰石和粘土任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品快硬水泥油井水泥膨脹水泥耐火水泥白色水泥彩色水泥防輻射水泥抗菌水泥防藻水泥抗硫酸鹽水泥特種水泥任務(wù)3：認(rèn)識硅酸鹽產(chǎn)品

陶瓷玻璃水泥主要原料主要設(shè)備生產(chǎn)條件黏土玻璃窯黏土、石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯純堿、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）燒結(jié)熔融煅燒

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型無機(jī)非金屬材料相繼問世。高純度的含硅元素的材料：單晶硅、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。氮化硅陶瓷硅單質(zhì)水晶任務(wù)4：認(rèn)識硅活動5：畫出硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，說出硅在周期表中的位置，在自然界中的存在任務(wù)4：認(rèn)識硅硅酸鹽礦石水晶（SiO2）瑪瑙（SiO2）1.硅元素的存在硅元素含量在地殼中居第二位。硅是親氧元素，在自然界中沒有游離態(tài)，主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在。任務(wù)4：認(rèn)識硅2.晶體硅物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)類似于金剛石，帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點(diǎn)高、硬度大、有脆性，導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，高純度硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。拓展：金剛石和晶體硅的結(jié)構(gòu)相似。在晶體中，每個(gè)碳硅原子都以共價(jià)鍵與相鄰4個(gè)碳（硅）原子結(jié)合，形成正四面體的立體網(wǎng)狀。所以，金剛石和晶體硅的熔沸點(diǎn)都很高，硬度也很大。任務(wù)4：認(rèn)識硅加熱Si+O2==SiO2加熱Si+Cl2==SiCl4高溫Si+C==SiC(金剛砂)3.硅的化學(xué)性質(zhì)①穩(wěn)定性：常溫下三反應(yīng)②還原性：加熱(高溫)三反應(yīng)Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+4HF==SiF4↑+2H2↑(與唯一酸反應(yīng))在常溫下只能與氟氣(F2)、HF、氫氧化鈉反應(yīng)，加熱時(shí)能與氧氣、氯氣反應(yīng)。任務(wù)4：認(rèn)識硅資料卡片晶體硅的用途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)和新能源技術(shù)的關(guān)鍵材料。硅晶片是生產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)材料硅太陽能電池任務(wù)4：認(rèn)識硅思考：半導(dǎo)體工業(yè)中，有一句行話：“從沙灘到用戶”。你知道其含義嗎？還原劑

工業(yè)上用碳作還原劑，請寫出化學(xué)方程式。SiO2＋2CSi＋2CO↑

===高溫不是CO2！粗硅為何說制得的硅為粗硅？

碳過量、碳與硅反應(yīng)生成的SiC如何制備高純度的硅？任務(wù)4：認(rèn)識硅SiO2＋2CSi（粗硅）＋2CO↑高溫Si＋3HCl====SiHCl3＋H2250~300℃SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl1000~1100℃思考：能否通過反應(yīng)SiO2＋2CSi＋2CO↑證明C、Si的還原性強(qiáng)弱？高溫4.高純硅的制備-1

目前純度已達(dá)到12個(gè)“9”，即99.9999999999%。

雜質(zhì)含量不超過一千萬億分之一。周期表實(shí)際是氧化性C>Si任務(wù)5：認(rèn)識二氧化硅1.存在形式硅藻土石英、水晶、瑪瑙、沙子結(jié)晶形：無定形：統(tǒng)稱硅石熔沸點(diǎn)高、硬度大、不溶于水2.物理性質(zhì)瑪瑙水晶硅藻土任務(wù)5：認(rèn)識二氧化硅3.空間構(gòu)型：硅氧四面體（空間網(wǎng)狀）SiO2是二氧化硅的化學(xué)式(表示組成)而不是分子式，沒有SiO2分子。Si原子和O原子比例=1:2我也是一個(gè)普通人，

在世界上行走一圈，

能留下一點(diǎn)腳印，我已經(jīng)心滿意足。

諾貝爾2009年物理學(xué)獎光纖之父高錕二氧化硅可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。任務(wù)5：認(rèn)識二氧化硅

思考：光導(dǎo)纖維被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它使信息高速公路在全球

迅猛發(fā)展。堿性環(huán)境下，光導(dǎo)纖維為什么會失去傳播信號的能力？任務(wù)5：認(rèn)識二氧化硅4.化學(xué)性質(zhì)

①SiO2是一種酸性氧化物:與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O====Na2SiO3高溫與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫工業(yè)生產(chǎn)玻璃原理②弱氧化性SiO2+2C=====Si+2CO↑高溫用途：制粗硅思考：1.實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液的試劑瓶應(yīng)使用橡膠塞，而不用玻璃塞？2.SiO2不能與水直接化合成H2SiO3，那如何制備H2SiO3呢？3.SiO2是一種酸性氧化物，是否不能與任何酸發(fā)生反應(yīng)呢？③SiO2特性：可與氫氟酸（HF的水溶液）發(fā)生反應(yīng)成SiF4和H2O。SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O思考：SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，又能與氫氟酸反應(yīng)，據(jù)此，某同學(xué)認(rèn)為SiO2

是兩性氧化物，你同意嗎？任務(wù)5：認(rèn)識二氧化硅用途：刻蝕玻璃拓展視野玻璃雕刻玻璃雕刻在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟①②③【玻璃雕刻步驟】思考：實(shí)驗(yàn)室能否用玻璃瓶盛裝氫氟酸（HF）？注意：實(shí)驗(yàn)室用塑料瓶來盛裝HF?？偨Y(jié)提升二氧化碳二氧化硅酸性氧化物水堿堿性氧化物氧化性碳特性氫氟酸CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3SiO2+

2NaOH=Na2SiO3+H2O

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OSiO2+CaOCaSiO3高溫SiO2+2C

Si+2CO↑高溫CO2+C2COCO2和SiO2化學(xué)性質(zhì)比較總結(jié)提升SiNa2SiO3SiO2H2SiO3O2/△F2Na2O、NaOHH2O+CO2/HClNaOH物質(zhì)類別化合價(jià)單質(zhì)氧化物鹽含氧酸0+4酸堿轉(zhuǎn)化氧化還原轉(zhuǎn)化Na2CO3C/高溫SiF4HFHFNaOHSiCl4Cl2H2氯化物△硅元素的價(jià)類圖SiHCl3HClH2+2任務(wù)6：認(rèn)識新型陶瓷新型陶瓷組成特性和功能不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能實(shí)例SiC具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，使用溫度可達(dá)1600℃，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料任務(wù)6：認(rèn)識新型陶瓷

一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)和高溫電極材料等。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氮化硅軸承任務(wù)6：認(rèn)識新型陶瓷

主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化，可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等。壓電陶瓷

主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好，可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等。透明陶瓷任務(wù)6：認(rèn)識新型陶瓷鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決，但當(dāng)時(shí)沒有任何材料可以的的抵御高溫鈉蒸氣(1400℃)強(qiáng)烈的腐蝕性。氧化鋁陶瓷

在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。超導(dǎo)陶瓷世界上最小的車是什么車？既不是各大汽車廠商的迷你系列轎車，也不是孩子們的玩具模型，而是由荷蘭格羅寧根大學(xué)有機(jī)化學(xué)教授本·費(fèi)林加研制的納米車。它的輪軸能像汽車的輪軸一樣平滑旋轉(zhuǎn)，而輪軸末端是4個(gè)“巴基球”做成的輪子?！鞍突颉笔怯?0個(gè)碳原子構(gòu)成的納米級球狀分子，具有很多新奇的特性，在納米技術(shù)研究