发布时间 : 星期三 文章推荐下载 同步导学案系列丛书--化学必修一课时学案优化设计：第四章 第一节 无机非金属材料的主角-硅更新完毕开始阅读9934c2c7bbf3f90f76c66137ee06eff9aef84917
【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 化学式法 硅酸钠 Na2SiO3 硅酸钙Ca2SiO3 氧化物法 长石：（KAlSi3O8）：K2O?Al2O3?6SiO2 黏土：Al2O3?2SiO2?2H2O 钠长石：NaAlSi3O8：1/2Na2O? 1/2Al2O3?3SiO2 应为： Na2O? Al2O3?6SiO2 3. 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 水泥 原料 石灰石、黏土 主要设备 主要成分 硅酸钠（Na2SiO3）：Na2O?SiO2 石棉：（CaMg3Si4O12）：CaO?3MgO?4SiO2 典例 水泥回转窑 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、 3CaO·Al2O3 玻璃 陶瓷 纯碱、石灰石、石英 黏土 玻璃窑 Na2O·CaO·6SiO2 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+ SiO2 CaCO3 + SiO2
2.新型无机非金属材料 类别 特性 硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性用途 汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具 示例 氮化硅陶瓷 Na2SiO3 + CO2↑ CaSiO3 + CO2↑
高温结构陶瓷 好 硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电 生物陶瓷 强度高，耐磨，无毒，不溶于水，人造牙齿、人造骨骼 对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体 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、钛酸钡陶瓷 遥控环境保护、家用电器、压电地震仪 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。
钛酸铅陶瓷 氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 电热元件 碳化硅陶瓷
（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 ＝SiF4
Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑ Si + O2
SiO2
（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＋2C ②制高纯硅： Si＋2Cl2
Si＋2CO↑
SiCl4 SiCl4＋2H2
Si＋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无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。
⑥在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，二氧化碳与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀．在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。
【当堂检测】