高中化学 第四章 第一节 无机非金属材料的主角-硅（第2课时）学案 新人教版必修1-新人教版高一必修1化学学案VIP免费

无机非金属材料的主角-硅（第2课时）【学习目标】1.了解硅酸盐以及硅酸盐材料。2．了解水泥、玻璃的主要成分和简单生产原理。3．了解硅的重要用途，了解硅单质的物理性质。【学习过程】一、硅酸盐1.存在：硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿石，约占地壳的5％，粘土的主要成分也是硅酸盐。粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。2．表示方法：硅酸盐的种类很多，结构复杂，无论是天然的还是人工制成的硅酸盐，其组成的表示方法有两种。用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→二氧化硅→水表示方法典例化学式法硅酸钠Na2SiO3硅酸钙Ca2SiO3氧化物法硅酸钠（Na2SiO3）：Na2O•SiO2石棉：（CaMg3Si4O12）：CaO•3MgO•4SiO2长石：（KAlSi3O8）：K2O•Al2O3•6SiO2黏土：Al2O3•2SiO2•2H2O钠长石：NaAlSi3O8：1/2Na2O•1/2Al2O3•3SiO2应为：Na2O•Al2O3•6SiO23.硅酸钠：最简单的硅酸盐是硅酸钠，硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是一种矿物胶，具有粘合性。用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火二、无机非金属材料1.传统硅酸盐工业：硅酸盐产品有着广泛的应用，大家熟悉的玻璃、水泥和陶瓷是常见的硅酸盐产品，也是使用量最大的无机非金属材料。硅酸盐材料原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃窑Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土硅酸盐玻璃、水泥、陶瓷生产的共同点是：都是在高温下，发生了复杂的物理和化学变化。玻璃生产过程中可能发生了那些化学反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑2.新型无机非金属材料类别特性用途示例高温结构陶瓷硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具氮化硅陶瓷硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电电热元件碳化硅陶瓷生物陶瓷强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体人造牙齿、人造骨骼氧化铝陶瓷氧化锆陶瓷压电陶瓷可将极其微弱的机械振动转换成信号声呐系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪钛酸钡陶瓷钛酸铅陶瓷二、单质硅半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅单质，硅元素在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富，如二氧化硅、硅酸盐等。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。（1）晶体结构：单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。晶体硅结构如图所示，为具有正四面体形网状结构的晶体，与金刚石结构相似。（2）物理性质：根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。（3）化学性质：硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼。常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应。加热时，硅能与O2、Cl2、C发生化合反应。Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑Si+2F2＝SiF4Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑Si+O2SiO2（4）制备：由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。①制粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑②制高纯硅：Si＋2Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si＋4HCl（5）用途：硅可用来制造集成电路、太阳能电池、硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。硅及其化合物的特殊性①硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅。②非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢氧化钠等强碱溶液反应产生氢气。③非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成。④酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。⑤无机酸一般易...