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
课程标准解读
核心素养解读
知道常见的无机非金属材料的类型、组成、性能级应用，能从组成的角度对生活中常见的无机非金属材料进行分类；能根据硅酸盐的结构分析硅酸盐的性质特点，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
宏观辨识与微观探析：通过对无机非金属材料的微观组成、结构的分析，了解高纯硅的制备原理和方法，从宏观上认识无机非金属材料性能和用途与组成、结构的关系。
科学态度与社会责任：通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生努力学好化学的科学态度，增强投身国家建设的社会责任感。
一  硅酸盐材料
1.硅酸盐的概念、结构与特点
（1）概念：由硅元素、_________元素和金属元素组成的化合物。
（2）结构：在硅酸盐中，Si和O构成了_________四面体。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个_________相结合。
（3）特点：硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、_________溶于水、_________稳定、耐腐蚀等特点。
2．硅酸钠：硅酸钠水溶液俗称_________，是无黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
3．硅酸盐常用的表示法——_________法
硅酸盐通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：（1）氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物→_________氧化物→_________→水。（2）氧化物之间以“·”隔开。（3）氧化物前的化学计量数配置原则：各元素原子总个数比符合原来的组成。（4）化学计量数配置出现分数时应化为整数。
例如：高岭土：Al2O3·2SiO2·2H2O
石棉：CaO·3MgO·4SiO2
沸石：Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O
云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
滑石：3MgO·4SiO2·H2O
长石：K2O·Al2O3·6SiO2
（长石KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2）。
4. 硅酸盐产品的性能和应用
硅酸盐产品
性能
应用
陶瓷
新石器时代就能烧制(China瓷都),唐宋时期达到鼎盛：青花瓷、唐三彩。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等。
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
玻璃
玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料。
水泥
不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。制水泥过程中加入石膏的作用是调节水泥硬化速率。
一种非常重要的建筑材料，大量用于建筑和水利工程。
5. 硅酸盐产品的原理及反应原理
硅酸盐产品
原料
反应原理
主要设备
主要成分
陶瓷
黏土
发生复杂的_________和化学变化（不作要求）
－
Al2O3·2SiO2·2H2O
玻璃
_________、石灰石、石英砂
Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
玻璃窑
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
水泥
_________、黏土济南汽车
发生复杂的物理和化学变化（不作要求）
水泥回转窑
硅酸三钙(3CaO·SiO2)
硅酸二钙(2CaO·SiO2)
铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
二  硅和二氧化硅
1．硅
硅在自然界以_________和_________的形式存在，单质硅导电性介于_________与_________之间，是良好的_________材料。
（1）硅位于第_________周期，第_________族，最外层有4个电子，主要形成_________价的化合物。硅是一种亲氧元素，只有化合态，没有游离态。在地壳中含量占26.3％，仅次于_________，是构成矿物和_________的主要成分。
（2）晶体硅结构类似于金刚石，有_________和无定形两种同素异形体。灰黑，有金属光泽，具有较高的硬度、熔点（1410℃），硬而脆的固体，是良好的半导体。注意：1mol晶体硅有_________共价键。
（3）化学性质
常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与_________、、_________反应。在加热或者点燃的条件下可以与氢气、氧气、等反应。
常温
与氟气反应
Si+2F2＝SiF4（沸点65℃）
_________
Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑
_________
Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑
加热
_________
Si＋O2SiO2（低于900℃时不反应，高于950℃时可以反应）
_________
Si+2Cl2SiCl4（300℃左右可以反应生成SiCl4，沸点为57.6℃）
高温
（4）高纯度硅的生产流程
涉及的方程式分别为：__________、_________、_________。
高纯度硅广泛用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电源、人造卫星和电动汽车的硅太阳能电池。
用于制作芯片的硅晶片    用在天宫号空间站的硅太阳能电池        光导纤维
2.二氧化硅
二氧化硅可用来生成_________。光导纤维的通信容量大、抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。
（1）存在：
天然存在的分为_________和无定形体两类，统称为_________。硅藻土是无定形_________，石英是结晶形二氧化硅，其中_________透明的晶体就是常说的水晶，具有彩环状带或层状的称为玛瑙，沙子中含有小颗粒的石英晶体。
（2）结构：
在晶体的结构中，最小的结构单元是由1个原子和_________原子相结合形成的硅氧四面体，原子位于四面体的体心，原子位于四面体的顶点。许多硅氧四面体通过共用顶点的原子形成牢固的立体网状结构。