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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
教学目标：
1.能了解陶瓷、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建设中发挥的重要作用。
2.能了解品体硅、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。
素养目标：
1．通过比较碳和硅在元素周期表中的位置关系，比较两者的原子结构特点，认识硅的性质及工业制法，了解硅单质、二氧化硅、常见硅酸盐的主要性能与用途。
2．通过阅读材料，联系生产、生活实际，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。了解新型陶瓷、碳纳米材料等新型无机非金属材料的用途，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，激发学生学习化学的兴趣。
教学重难点：
教学重点：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
教学难点：硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途
教学过程：
任务一：硅和二氧化硅
1.硅在自然界中的存在
硅在地壳中的含量仅次于氧，位于第二位。
硅是亲氧元素，没有游离态，只有化合态。
硅在自然界中主要以：
硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和 氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。
2.单质硅
（1）物理性质
硅有晶体硅和无定形硅两种单质
位置和结构
【思考】硅元素在周期表中的位置？
硅元素旁边有哪些元素，它们主要表现什么性质？预测硅元素的性质？
【学生】不容易得到4个电子，也不容易失去4个电子。
【PPT展示】一般通过共用电子对构成物质。
常见化合价有（-4价、0价、+4价）
（3）化学性质
①常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。
②加热条件下，硅也能和一些非金属反应。
（4）单质硅的制备（课本p22页资料卡片）
【学生】阅读教材资料卡片——高纯硅的制备
【讲解】
硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅
【PPT展示】
粗硅制备时，生成的是CO而不是CO2
粗硅中含碳等杂质，以其为原料制备高纯硅。
（5）硅单质的用途
二氧化硅
（1）结构：用SiO2来表示二氧化硅的组成，表示O与Si的原子个数比，不是分子式是化学式。
SiO2晶体的基本结构单元是硅氧四面体，每个Si原子周围结合 个O原子，每个O原子与 个Si原子相结合，许多以Si为中心，O在4个顶点的四面体通过顶点的O相连接而组成 的晶体。
①二氧化硅晶体是原子晶体，是由硅原子和氧原子构成的。
②二氧化硅晶体中硅原子和氧原于的个数比为
③二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键的比为 ，即1mol SiO2晶体中约含 Si—O共价键。
（2）物理性质
SiO2是一种难溶于水的非金属氧化物，硬度大，熔点高。
有结晶形和无定形两大类，通称硅石。
（3）化学性质
①酸性氧化物的通性
a、与水反应：
b、与强碱反应：
c、与碱性氧化物反应：
②特性
③弱氧化性
④与碳酸盐反应
思考交流：
a.为什么实验室盛放碱溶液的试剂瓶使用橡胶塞，而不用玻璃塞？
若使用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液，碱液能与玻璃中SiO2发生反应生成Na2SiO3，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开。
B.加热熔融NaOH时，为什么不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚？
陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。
C.SiO2既能与强碱反应，又能与HF反应，SiO2是两性氧化物吗？
不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不能与一般的酸反应，只是属于酸性氧化物。且生成的SiF4不是盐。
d.应如何保存氢氟酸？能否装在玻璃瓶中？
不能。HF能腐蚀玻璃，要用塑料瓶装，制取HF也不能用玻璃器皿。
（4）用途
任务二：硅酸和硅酸盐
1.硅酸
白色固体，难溶于水
是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小。不稳定，受热易分解
用途：硅胶可做干燥剂
硅酸失水后形成硅胶，具有强吸水性，常用作干燥剂和催化剂的载体。
① SiO2不溶于水，如何由SiO2制取H2SiO3
② 设计一个实验比较硅酸和碳酸的酸性强弱？
2.硅酸钠
白色固体，具有黏合性，可溶于水。是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
用水玻璃浸泡过的木材或织物可防火
化学性质相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好。
3.硅酸盐产品
4.新型无机非金属材料
课堂练习
1．下列关于硅的说法不正确的是(　　)
A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化
D．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属单质发生反应
答案：C
解析：用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被还原。
2．从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl，关于上述反应的叙述不正确的是(　　)
A．①③是置换反应，②是化合反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅
答案:D
解析：在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B项正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol电子，C项正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生的，D项错误。
3．下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　)
A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸
B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆
C．二氧化硅能与碳酸钠固体在高温时发生反应
D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅
答案：C
解析：二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，A项错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，B项错误；在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，C项正确；由化学方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol气体时，得到0.05 mol 即1.4 g硅，D项错误。
4．下列关于无机非金属材料的说法不正确的是(　　)
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
答案：B
解析：无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。
板书设计：
教学设计反思
本节课中，以学生为主体，以教师为主导，以问题驱动教学，有利于学生知
识的内化和知识框架的架构。在讲解的基础上组织学生对所学知识进行综合应用
和思考，结合生活实际和初高中积累的学科知识进行归纳总结并进行树状分类，
培养了学生的“变化观念与平衡思想”核心素养，让学生明白化学学科学习是螺
旋式上升，不断补充和修正的。通过新材料技术的不断研发对人类生活带来的变
革和生活便利度的提高，培养学生的“科学态度与社会责任”核心素养。

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