第四章 无机非金属材料

第四章第一节无机非金属材料的主角——硅第一课时【学习目标】1.了解硅的原子结构，认识硅在自然界中的含量、存在2.了解二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质3.了解硅酸的性质及制法4.通过硅与碳、SiO2与CO2的比较，培养学生的归纳能力、比较能力【重点难点】二氧化硅的化学性质；通过资料探究，学生自主学习硅的化合物知识【学习过程】找出碳和硅在元素周期表中的位置，并结合课本P74第1、2、3自然段完成表格，并思考：硅在地壳中的含量为多少？碳和硅在自然界中的存在形式有什么不同？硅与碳一样，其原子既失去也得到电子，主要形成的化合物。

碳是构成的主要元素，而硅是构成的基本元素一、硅的存在硅在地壳中的含量为，主要以和的形式存在;硅是一种元素，在自然界中它总是与相互化合。

碳在自然界有稳定的单质存在，它在地壳中主要形成等矿物，碳的氧化物CO2通常以形式存在于二、二氧化硅（SiO2）（1）阅读教材P74第4自然段找出二氧化硅的存在形态（2）阅读教材P74：科学视野内容，认识SiO2的结构（3）观察教材P74～P75上的图4—3、图4—4和图4—5，了解SiO2用途，并了解用途与性质间的关系。

1.存在硅的最重要化合物是，地球上存在的天然SiO2约占地壳质量的。

其存在形态有和两大类，统称。

请用树状分类法对其分类：硅石2.结构:3.用途：4.性质【思考与交流】根据SiO2的存在与应用，分析：SiO2具有哪些物理性质？化学性质如何？你的判断根据？SiO2的这些性质是由什么决定的？（提示：结构决定性质，性质决定存在、用途）①物理性质②化学性质【交流与探讨】①从物质的分类的角度来看，二氧化硅属于哪类氧化物？②SiO2可能具有的化学性质？（对照CO2分析）【自读课本】阅读教材P76有关内容，思考并讨论：SiO2实际具有的性质与资料：Na2SiO3是白色晶体，能溶于水，少数可溶性硅酸盐之一，水溶液俗称水玻璃，是一种无色粘稠液体，是一种矿物胶，既不能燃烧又不受腐蚀，在建筑工业可用作粘合剂。

可编辑修改精选全文完整版第四章无机非金属材料第一节概述一、无机非金属材料的定义除金属和高分子材料以外的固体材料以金属元素或非金属元素的化合物或非金属元素单质为组元，原子与原子之间通过离子键和共价键而键合，主要组成成分大多为硅酸盐类，因此有时也称为硅酸盐材料。

二、化学键的特点☺化学健主要是离子键、共价健以及它们的混合键；☺硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感；☺熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性；☺一般自由电子数目少、导热性和导电性较小；☺耐化学腐蚀性好；☺耐磨损。

四、无机非金属材料的分类传统无机非金属材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。

无机非金属材料传统无机非金属材料——硅酸盐材料新型无机非金属材料——半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等1、玻璃态材料－熔融后，在低温下仍保持熔体结构的固态物质2、陶瓷材料－粉末状材料经过成型和烧结形成的多相固体材料3、水泥－能够在水或空气中硬化的水硬性粉体材料4、耐火材料－指能够耐高温（耐受1580度以上温度）的固体材料，包括耐火砖、耐火纤维和耐火水泥等五、无机非金属材料在自然界的分布分布广泛，存在形式多样，有晶体结构和非晶态结构，有人工产品也有天然产物六、无机非金属材料的加工工艺包括热加工工艺和冷加工工艺第二节陶瓷一、陶瓷材料的分类及性能1、普通陶瓷（传统陶瓷）指以天然硅酸盐为原料，经过粉碎、成型、烧结制成的固体材料和器皿。

包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷等。

2、现代陶瓷（特种陶瓷）一般指以高纯度化工原料或人工合成材料为原料烧结成的固体材料。

也称为新型陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷、高性能陶瓷等。

根据功能分类有电子陶瓷、光学陶瓷、高硬度陶瓷等根据化学成分划分有氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等（碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等）。

根据使用性质划分有结构陶瓷（工程陶瓷）和功能陶瓷。

3、陶瓷材料的相组成及结构：陶瓷的组成相主要有晶体相、玻璃相和气相结构。

第四章第一节无机非金属材料的主角——硅教学目标：1.了解硅在自然界中的含量、存在；2.了解硅单质、二氧化硅的物理性质，掌握二氧化硅的化学性质，了解两者的用途；3．了解硅酸的性质，掌握硅酸钠的用途；了解传统硅酸盐产品的用途；4．了解新型无机非金属材料的用途及开展前景；5.通过硅酸的制备，硅酸钠的性质实验，学习实验设计的思维方式。

教学重难点：重点：硅、二氧化硅和硅酸的主要性质，硅酸盐的表示难点：硅、二氧化硅的化学性质，硅酸盐的表示教学过程：同学们，我们在第三章学习了金属及其化合物，也知道在我们自然界和日常生活中，金属广泛存在，那么除了金属以外，还有非金属，从今天这节课开始，我们将学习非金属。

第四章第一节无机非金属材料的主角——硅。

地壳中的元素有哪些，同学们还记得吗？请同学们回想一下。

我们在已经学习了氧元素，那么硅元素有哪些我们要学习掌握的呢？【硅元素在自然界中的存在】〔PPT展示图片〕硅在地壳中的含量为26.3％，仅次于氧。

硅的化合物构成了地壳中大局部的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上。

硅在自然界的存在形态：——没有游离态，只有化合态，以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于岩石和矿物中。

【硅和碳的比拟】我们再来看一下硅元素在元素周期表中的位置，在碳的下面，请同学们画出碳和硅的原子结构示意图〔PPT 展示另个原子结构示意图〕，硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。

二者的电子层数不同，所以其性质也有差异性。

碳是构成有机物的主要元素，硅是构成岩石与许多矿物的根本元素。

我们按照前面学习的顺序，了解一下硅单质。

展示图片——单质硅，归纳单质硅的物理性质。

1.物理性质：〔1〕灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体〔2〕熔、沸点高、硬度大〔3〕晶体硅是良好的半导我们了解到硅原子最外层为4个电子，既不易失去也不易得到电子，常温下硅单质的化学性质不活泼。

那硅单质具有哪些化学性质呢？〔1〕常温下只和F2、HF、强碱反响Si + 2F2 === SiF4Si + 4 HF === SiF4 + 2H2Si + 2NaOH + H2O ===Na2SiO3 + 2H2〔2〕加热时能和O2反响△Si + O2====SiO23.用途：半导体材料、制合金、制太阳能电池等4.硅的制备〔1〕SiO2+2C == Si+2CO ↑〔粗硅〕假设C过量：SiO2+3C == SiC + 2CO ↑〔2〕 Si+2Cl2 == SiCl4〔3〕SiCl4+2H2 == Si+4HCl 〔高纯硅〕常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质〔金刚石〕存在，而硅却没有，说明了什么？请同学们阅读教材第74页。

第四章第一节硅 、无机非金属材料预习案( 第一课时 ）班级 姓名【预习过程】 一、半导体材料和单质硅【阅读】 阅读课本P(107-109)回答以下问题：１、传统无机非金属材料有哪些？ ， ， 等２、地壳中含量最多的元素是 ，排第二位的是 ，含量最多的金属是3、半导体材料特指导电能力 的一类材料。

最早使用的半导体材料是 。

现在多使用硅做半导体材料为什么？４、单质硅有 ， 两种，它们是硅元素的 。

【小结】硅物理性质5、硅常温下化学性质 ，除 外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。

在加热条件下，能与某些非金属单质发生反应。

a.常温下（注：非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅与氢氟酸反应放出氢气）b.加热或高温下 6、工业 制备及提纯硅反应方程式（注：无论焦炭量是多还是少，二氧化硅和炭反应的产物都是一氧化碳）7在自然界中硅只能以 形式存在，常见的化合物有 ，8硅有哪些用途？Si+2F 2= Si+4HF=Si+2NaOH+H 2O= Si+O 2====Si+2Cl 2=====△ △ 高温 SiO 2+2C == Si+2Cl 2 ==SiCl 4 高温 高温 SiCl 4+2H 2==Si+4HCl二、二氧化硅【知识回顾】二氧化碳与水反应与NaOH反应与CaO反应与酸反应氧化性【阅读】阅读课本P109答以下问题：请通过模型观察二氧化硅的结构填空：二氧化硅晶体中每1个Si原子周围结合个O原子，在中心, 在四个顶点，同时每1个O原子与个Si原子相结合，形成空间网状晶体。

１、二氧化硅具有什么样的物理性质？哪些常见的物质主要成分是二氧化硅？２、从物质分类的角度来看，二氧化硅属于哪类物质，预测它能与哪些物质反应？SiO2能与水反应生成相应的酸吗？为什么？错误！未找到引用源。

与强碱溶液反应（以NaOH为例）错误！未找到引用源。

与碱性氧化物反应（以CaO为例）错误！未找到引用源。

特性：和HF反应，应用实验室为什么不用玻璃瓶盛氢氟酸？。

必修一-第四章-第一节-无机非金属材料的主角——硅【要点梳理】要点一、硅（Si）硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧元素，主要以化合态存在（SiO2、硅酸盐），是矿物岩石的主要成分1.种类及结构单质硅分为晶体和无定形两种，晶体硅的结构与金刚石类似2.晶体硅的性质（1）物理性质：灰黑色具有金属光泽的固体，熔点高（1410℃）、硬度大、质地脆，可作半导体（2）化学性质：常温下化学性质稳定，可与氟气、氢氟酸和强碱反应，不与其他物质发生反应硅和氟气反应：Si + 2F2＝ SiF4硅和氢氟酸反应：Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑硅和氢氧化钠溶液反应：Si + 2NaOH + H2O ＝ Na2SiO3 + 2H2↑硅在氧气中加热：Si + O2 △SiO2规律总结：硅与烧碱溶液反应的实质是：Si+3H2O △H2SiO3+2H2↑； H2SiO3+2NaOH ＝ Na2SiO3+2H2O从分步反应看，起氧化作用的只是H2O，而NaOH既不是氧化剂又不是还原剂，仅为反应物。

其电子转移情况为：3.硅的工业制法4.硅的用途：半导体材料，太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等要点二、二氧化硅（SiO2）1.存在：存在形态为结晶形（如石英）和无定形（如硅藻土），统称为硅石。

水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分是SiO2，沙子中含有小粒的石英晶体2.结构：SiO2晶体是立体空间网状结构，每个Si原子结合4个O，每个O结合2个Si，N（Si）：N（O）=1：2 3.物理性质：熔点高、硬度大、不溶于水的无色透明晶体或白色粉末。

4.化学性质：（1）稳定性：不与水、一般的酸反应，但能与HF反应（2）具有酸性氧化物的性质：与CaO反应：SiO2 + CaO 高温CaSiO3与NaOH反应：SiO2 + 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2O5.用途：（1）建筑材料（2）制光导纤维（3）制石英坩埚6.二氧化碳与二氧化硅性质比较SiO2CO2类别酸性氧化物酸性氧化物主要存在环境岩石、石英、沙子和硅藻土空气结构化学式意义仅表示Si、O的原子个数比为1：2 CO2分子构成晶体中有无单个分子无有物理性质无色透明晶体或白色粉末无色无味气体，密度比空气大，能溶于水（常温下体积比为1：1）化学性质与碱性氧化物反应SiO2 + CaO高温CaSiO3CO2 + CaO ＝ CaCO3与碱反应SiO2 + 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2O CO2 + 2NaOH ＝ Na2CO3 + H2O与盐反应SiO2 + Na2CO3高温Na2SiO3 + CO2↑Na2CO3 + CO2 + H2O ＝ 2NaHCO3与水反应不反应CO2 + H2O ＝ H2CO3与C反应SiO2 + 2C高温Si + 2CO↑ C + CO2高温2CO 与HF反应SiO2 + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2O相互转化SiO2 + Na2CO3高温Na2SiO3 + CO2↑Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝ Na2CO3 + H2SiO3↓H2SiO3SiO2 + H2O要点诠释：（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱性溶液的试剂瓶用橡皮塞，不用玻璃塞（2）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，应保存在塑料瓶或铅皿中要点三、硅酸（H2SiO3）1.硅酸的制备实验步骤：向Na2SiO3溶液中滴加酚酞试液，然后滴入稀盐酸实验现象：滴加酚酞后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有白色胶状物质生成结论:Na2SiO3溶液呈碱性，生成难溶于水的H2SiO3。