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课件网) 第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 素 养 目 标 1.通过阅读和讨论,了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途,知道普通玻璃的主要成分,感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用,培养科学态度与社会责任的学科核心素养。 2.通过学习,了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途,感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用,激发学习化学的兴趣,培养科学探究与创新意识的学科核心素养。 基础落实·必备知识全过关 重难探究·能力素养全提升 目 录 索 引 学以致用·随堂检测全达标 基础落实·必备知识全过关 一、硅酸盐材料 1.硅酸盐的结构与性质 (1)硅酸盐的结构 硅原子最外层有4个电子,均参与形成共价键 在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧 结构(如图所示),每个Si结合 个O,Si在中心,O在四面体的4个顶角;许多这样的四面体可以通过顶角的O相互连接,每个O为两个四面体所共有,与2个Si相结合。 (2)硅酸盐的性质 结构决定性质(物理、化学性质) 硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度 、难溶于水、耐 、耐腐蚀等特点。 四面体 4 高 高温 2.传统硅酸盐材料 类型 原料 设备 主要成分 主要用途 陶瓷 — 硅酸盐 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃 、石灰石和 玻璃窑 _____ _____ 和SiO2 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿等 水泥 和石灰石 硅酸盐 大量用于建筑和水利工程 黏土 纯碱 石英砂 Na2SiO3、 黏土 水泥回转窑 CaSiO3 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)硅元素的“位—构—性”及存在形式 ①硅元素的“位—构—性”关系 ②存在形式:Si元素在自然界主要以 和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。 不属于硅酸盐产品 三 ⅣA 4 硅酸盐 (2)工业制备高纯硅 工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅,将粗硅通过化学方法提纯,得到高纯硅。 分别写出上述各步骤中反应的化学方程式。 教材拓展 最简单的硅酸盐(Na2SiO3) (1)Na2SiO3是白色固体,可溶于水,其水溶液是一种无色黏稠的液体,俗称水玻璃,是一种矿物胶。 (2)Na2SiO3的化学性质稳定,不能燃烧,热稳定性好,但能与较强酸反应生成难溶于水的H2SiO3:Na2SiO3+2CO2(足量)+2H2O══H2SiO3↓+2NaHCO3。 (3)主要用途:Na2SiO3溶液用作建筑、纸张的黏合剂,制备木材阻燃剂等。 易错警示 硅和二氧化硅的性质 (1)硅元素具有亲氧性,在自然界中只以化合物(硅酸盐、SiO2)的形式存在,不存在单质硅。 (2)有金属光泽、能导电的单质不一定是金属单质,如晶体硅也可导电。 (3)制备粗硅时,SiO2与焦炭反应生成的气体是CO,不是CO2。 (4)硅和二氧化硅只能与氢氟酸(HF)反应,不能与其他酸反应。 归纳总结 SiO2的化学性质及分析 (3)硅和二氧化硅的用途 高纯硅用作 材料、硅太阳能电池等,如硅芯片及光电池的主要原料。纯净的SiO2用于制作 ,也可用于制造电子工业的重要部件、光学仪器等。 半导体 光导纤维 2.新型陶瓷 砂纸 砂轮 3.碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型无机非金属材料,主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 纳米材料 结构及性能 主要用途 富勒烯 由 构成的一系列笼形分子的总称,其中C60是富勒烯的代表物 — 碳纳米管 可看成由 卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积 ,有相当高的强度和优良的电学性能 可用于生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有一个 原子直径厚度的单层石墨,其独特的结构使其电阻率 、热导率 ,具有很高的强度 在光电器件、超级电 ... ...
