2024版新教材高中化學第五章化工生產中的重要非金屬元素第三節(jié)無機非金屬材料課件新人教版必修第二冊

第三節(jié)無機非金屬材料素養(yǎng)要求1.結合實例認識無機非金屬材料的組成、性能與應用之間的聯系。2．結合真實情境中的應用實例，了解硅酸鹽、硅和二氧化硅的主要性質。3．通過新型無機非金屬材料的學習，認識新型無機非金屬材料在生產中的應用。知識基礎·自學·嘗試核心素養(yǎng)·合作·探究知識基礎·自學·嘗試一、硅酸鹽材料1．硅酸鹽的組成和性質從組成上看，無機非金屬材料多含有____、___等元素，具有____________________等特點，以及特殊的光學、電學等性能。硅氧耐高溫、抗腐蝕、硬度高特別提示

硅酸鹽的結構在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體，其結構如圖所示。每個Si結合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結合。硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。硅氧四面體的結構示意圖2．三種常見的硅酸鹽產品——傳統(tǒng)無機非金屬材料產品主要原料主要設備主要成分用途陶瓷_____(主要成分為含水的________)—

________建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃________、________、________玻璃窯________、________、________建筑材料、光學儀器、各種器皿、高強度復合材料等水泥________、________水泥回轉窯________建筑材料、水利工程黏土鋁硅酸鹽硅酸鹽純堿石灰石石英砂Na2SiO3

CaSiO3SiO2石灰石黏土硅酸鹽【學而思】根據制備玻璃的原料(純堿、石灰石、石英砂)和玻璃的成分(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)，寫出制備玻璃的化學方程式。純堿＋石英→Na2SiO3：_____________________________________。石灰石＋石英→CaSiO3：_____________________________________。

二、新型無機非金屬材料1．硅(1)硅的存在、結構、應用單質硅是應用最為廣泛的________材料。二氧化物和硅酸鹽三ⅣA半導體(2)高純硅的制備其中涉及的主要化學反應為①__________________________________________________②__________________________________________________③__________________________________________________

2SiF44SiF4↑＋2H2↑Na2SiO3＋2H2↑SiO2硅芯片硅太陽能電池2．二氧化硅(1)存在水晶、瑪瑙、光導纖維的主要成分是________。石英SiO2(2)結構SiO2晶體是____空間網狀結構，每個Si結合____個O，每個O結合____個Si，N(Si)∶N(O)＝____

二氧化硅晶體的結構模型圖立體421∶2(3)物理性質(4)化學性質(5)用途建筑材料、____纖維(主要成分____)、______坩堝、飾物和工藝品。熔點硬度溶解性____________于水高大不溶SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O光導SiO2石英3．新型陶瓷SiC金剛砂共價金剛石大高溫抗氧化4．碳納米材料碳納米材料在能源、________、醫(yī)藥等領域有著廣闊的前景。信息單層石墨復合復合傳感器C60

提示：不能。硅的還原性比碳強，而碳在高溫下卻能從SiO2中還原出硅。2．寫出下列物質主要化學成分的化學式或名稱。(1)剛玉：________；(2)石英鐘：______；(3)硅太陽能電池：___；(4)水晶鏡片：______；(5)門窗玻璃：_______；

Al2O3SiO2

SiSiO2硅酸鹽[即時練]

1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)硅元素在自然界中既有化合態(tài)，又有游離態(tài)。(

)(2)SiO2是酸性氧化物，與任何酸都不能發(fā)生反應。(

)(3)利用石英坩鍋可熔融NaOH固體。(

)(4)SiO2晶體是由SiO2分子直接組成的。(

)(5)光導纖維在強堿性條件下易發(fā)生“斷路”。(

)(6)硅酸鹽是一大類結構復雜的固態(tài)物質。(

)(7)普通玻璃和水泥的生產原料均含石灰石。(

)(8)光電池可以將光能直接轉化為電能。(

)××××√√√√2．我國古代在材料方面取得了突出的成就。下列材料主要成分不是硅酸鹽的是(

)A．陶俑

B．琉璃瓦C．漢白玉D．青花瓷答案：C3．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均產自中國陶瓷之鄉(xiāng)，下列說法錯誤的是(

)A.陶瓷、玻璃和水泥均屬于無機非金屬材料B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分為Fe2O3C．陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等D．陶瓷是以黏土及天然礦物巖為原料，經加工燒制而成的解析：水泥、玻璃、陶瓷均屬于無機非金屬材料，故A正確；Fe2O3是紅棕色物質，而陶瓷版“冰墩墩”上為黑色涂料，故不是氧化鐵，故B錯誤；陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等，故C正確；陶瓷是以黏土及天然礦物巖為原料，經加工燒制發(fā)生復雜的化學反應而制成的，故D正確。答案：B4．關于地殼中含量占第一位和第二位的元素之間形成的化合物，有關其說法正確的是(

)A．化學性質不活潑B．可溶于水且顯酸性C．熔沸點較低，物理性質與CO2相似D．是酸性氧化物，不溶于任何酸答案：A5．下列關于硅、硅酸鹽的說法正確的是________(填序號)。①硅廣泛存在于自然界中，天然單質硅叫硅石。②硅的導電性介于導體與絕緣體之間。③硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質起反應。④水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽材料。⑤高純度的硅單質廣泛用于制作光導纖維。解析：硅在自然界中只有化合態(tài)，沒有游離態(tài)，硅主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在，硅石的主要成分是SiO2，①不正確；②正確；硅在常溫下能與F2、HF和強堿溶液反應，③不正確；水晶的成分是SiO2，④不正確；SiO2用于制光導纖維而不是硅，⑤不正確。答案：②核心素養(yǎng)·合作·探究目標1

硅的制法例1.高純硅是現代信息、半導體和光伏發(fā)電等產業(yè)都需要的基礎材料。工業(yè)上提純硅有多種技術路線，其中一種工藝流程示意圖如下：

(1)工業(yè)上用石英砂和焦炭在電弧爐中加熱到1600～1800℃，除生成粗硅外，也可以生成碳化硅，則在電弧爐內可能發(fā)生的反應的化學方程式為_____________________。

(2)在流化床反應的產物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成(SiHCl3)的化學方程式為_______________________。(3)還原爐中發(fā)生的化學反應為____________________。

提醒解答信息實驗題時要特別注意以下兩點(1)分析題目信息，注意實驗操作或具有特殊性質的物質；(2)與已掌握的知識進行對比分析，充分利用信息進行知識遷移。

關鍵能力高純硅的制備(1)工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經氫氣還原得到高純硅。

(2)實驗室制硅的方法①將細沙(SiO2)和鎂粉混合，高溫制得粗硅：SiO2＋2Mg高溫2MgO＋Si(粗)；②制得的粗硅中往往含有鎂、氧化鎂，可以用鹽酸除去：Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑、MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O；③過濾，濾渣即為純硅。[對點練]1．現今手機等電子產品產業(yè)蓬勃發(fā)展，推動了高純硅的生產與應用。工業(yè)上用“西門子法”以硅石(SiO2)為原料制備冶金級高純硅的工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的是(

)已知：室溫下SiHCl3為易揮發(fā)、易水解的無色液體。

答案：A

2．硅單質及其化合物應用范圍很廣。制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯硅烷(SiHCl3)還原法是當前制備高純硅的主要方法，生產過程示意圖如圖所示。(1)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學方程式：______________________________________________________。解析：(1)根據原子守恒即可寫出SiHCl3與H2反應制備高純硅的化學方程式。

(2)整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。(SiHCl_(3))遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出該反應的化學方程式：___________________________________________________________；H2還原SiHCl3過程中若混有O2，可能引起的后果是____________。

解析：(2)根據得失電子守恒和原子守恒可知，SiHCl3和H2O劇烈反應生成H2SiO3、HCl和H2。SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸目標2

含硅物質的性質與轉化例2.A、B、C、D、E五種含硅元素的物質，相互轉化關系如圖所示：(1)推斷A～E的化學式：A________，B________，C________，D________，E________。(2)①寫出B―→A的化學方程式______________________________。②A―→C的離子方程式______________________________。Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

解析：在空氣中燃燒生成D，B可能為Si，B和D都能與NaOH溶液反應生成A，則A為Na2SiO3，A和鹽酸反應生成C，C為H2SiO3，H2SiO3受熱分解又生成SiO2，證明B為Si，E為CaSiO3。特別提示

硅及其化合物轉化關系題中的突破口(1)硅、二氧化硅的結構：如硅與金剛石結構相似。(2)硅、二氧化硅的物理性質：如硬度大，熔、沸點高。(3)特征性質：①與強堿溶液反應放出H2的非金屬單質是硅。②不與H2O反應、能與氫氟酸反應(或雕刻玻璃)的酸性氧化物為SiO2。③難溶于水的無機酸是H2SiO3。關鍵能力硅及其化合物的“價—類二維圖”及相關反應的化學方程式

拓展硅酸鈉(1)物理性質：可溶于水，水溶液俗稱“水玻璃”?！八ＡА本哂泻軓姷酿ず闲?，是建筑行業(yè)常用的黏合劑。(2)化學性質：易與酸反應。與強酸反應：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。與CO2反應：CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2過量，Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓。

答案：A

4．為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱，某學生設計了如下圖所示的裝置，一次實驗即可達到目的(不必選其他酸性物質)。請據此回答