【公開(kāi)課】無(wú)機(jī)非金屬材料++課件高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)習(xí)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)結(jié)合生產(chǎn)、生活中各種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)非金屬材料的應(yīng)用，了解多種硅酸鹽材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料的性能和用途科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任1．本節(jié)內(nèi)容與人們生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切，所以在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)識(shí)無(wú)機(jī)非金屬材料的種類(lèi)、性質(zhì)和用途，這樣能加深對(duì)這些知識(shí)的理解和應(yīng)用2．對(duì)于晶體硅的制備要結(jié)合教材中的流程圖和反應(yīng)，認(rèn)識(shí)晶體硅的制備原理掌握晶體硅的制備原理變化觀念與平衡思想課前·

新知導(dǎo)學(xué)1．無(wú)機(jī)非金屬材料硅酸鹽材料硅氧高溫腐蝕高2．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料(1)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)與性能。四面體硅酸鹽的結(jié)構(gòu)性質(zhì)Si和O構(gòu)成了硅氧________多數(shù)具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)________、__________________等特點(diǎn)穩(wěn)定耐腐蝕(或耐高溫)(2)三種常見(jiàn)硅酸鹽產(chǎn)品。黏土硅酸鹽產(chǎn)品原料主要設(shè)備或生產(chǎn)條件應(yīng)用陶瓷_________(主要成分為含水的___________)高溫?zé)Y(jié)用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等鋁硅酸鹽硅酸鹽產(chǎn)品原料主要設(shè)備或生產(chǎn)條件應(yīng)用玻璃(主要成分：______、__________和______)_____、______和________在_______中熔融，發(fā)生復(fù)雜的_____和_____變化而制得用于生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，還可制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等水泥____、_____、石膏(調(diào)節(jié)水泥的__________)______________

水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到__________，大量用于建筑和水利工程N(yùn)a2SiO3CaSiO3SiO2純堿石灰石石英砂玻璃窯物理化學(xué)黏土石灰石硬化速率水泥回轉(zhuǎn)窯混凝土(3)特種玻璃。在玻璃中加入的元素或物質(zhì)玻璃特性用途鉛光學(xué)玻璃：___________，折射率_____制造眼鏡、照相機(jī)和光學(xué)儀器的透鏡硼酸鹽耐_________、耐溫度________制造可用于實(shí)驗(yàn)室使用的玻璃儀器金屬氧化物或鹽彩色玻璃用于____________透光性好高化學(xué)腐蝕急劇變化建筑和裝飾生產(chǎn)玻璃的原料是純堿、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了怎樣的反應(yīng)？試寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式。微思考1．根據(jù)陶瓷的生產(chǎn)原理，可以得出硅酸鹽工業(yè)的一般特點(diǎn)是 (

)①以含硅物質(zhì)作為原料②主要產(chǎn)物是硅酸鹽③反應(yīng)條件是高溫④反應(yīng)原理是復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化A．只有①③ B．只有②③C．①②③④ D．只有③④【答案】C【解析】傳統(tǒng)陶瓷多是將黏土與水的混合物通過(guò)高溫?zé)Y(jié)制成，其生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化和物理變化。故①②③④均正確。2．制取下列物質(zhì)不需要用石灰石做原料的是 (

)A．硅酸 B．水泥C．玻璃 D．生石灰【答案】A【解析】硅酸由可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制得。1．硅和二氧化硅(1)單質(zhì)硅的性質(zhì)。硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于________________之間，是應(yīng)用最為廣泛的________材料。(2)自然界中的硅元素：主要以________(如地殼中的大多數(shù)礦物)和氧化物(如______和________)的形式存在。新型無(wú)機(jī)非金屬材料導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體硅酸鹽水晶瑪瑙(3)晶體硅的制備。寫(xiě)出化學(xué)方程式：①__________________________________。②_____________________________。③_____________________________。(4)硅和二氧化硅的用途。①高純硅：

________、________________等。②二氧化硅晶體：生產(chǎn)__________。2．新型陶瓷(1)碳化硅(SiC)。制芯片硅太陽(yáng)能電池光導(dǎo)纖維俗稱(chēng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要性能用途______碳原子、硅原子以________連接，結(jié)構(gòu)類(lèi)似________硬度很大、優(yōu)異的高溫抗______性能砂紙和砂輪的______、耐高溫結(jié)構(gòu)材料和耐高溫________材料金剛砂共價(jià)鍵金剛石氧化磨料半導(dǎo)體(2)新型陶瓷。名稱(chēng)原料或成分優(yōu)良性能用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等可用于______________、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等壓電陶瓷主要有________和________等能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與______的相互轉(zhuǎn)化可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等火箭發(fā)動(dòng)機(jī)鈦酸鹽鋯酸鹽電能名稱(chēng)原料或成分優(yōu)良性能用途透明陶瓷主要有_______、_______等氧化物透明陶瓷和_______、________等非氧化物透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好可用于__________、激光器和高溫探測(cè)窗等超導(dǎo)陶瓷—在某一臨界溫度下電阻為_(kāi)_____，具有_______性可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域氧化鋁氧化釔氮化鋁氟化鈣高壓鈉燈零超導(dǎo)3．碳納米材料名稱(chēng)組成性能應(yīng)用或用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列______分子的總稱(chēng)，其中C60

是富勒烯的代表物—C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對(duì)象，開(kāi)啟了碳納米材料的研究和應(yīng)用的新時(shí)代，如用C60作車(chē)輪的“__________”籠形納米汽車(chē)名稱(chēng)

組成性能應(yīng)用或用途碳納米管可看成由__________卷成的________，具有_________的直徑碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的________和優(yōu)良的________性能可用于生產(chǎn)_________、_______和___________等石墨烯是只有____________直徑厚度的_________電阻率____、熱導(dǎo)率____，具有_____的強(qiáng)度可用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面，如使用了石墨烯材料的_________和_________等石墨片層管狀物納米尺度強(qiáng)度電學(xué)復(fù)合材料電池傳感器一個(gè)碳原子單層石墨低高很高動(dòng)力電池超輕海綿(1)利用石英坩堝能否熔融NaOH固體？【答案】不能。因石英坩堝中的SiO2會(huì)與NaOH在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)。(2)富勒烯、碳納米管和石墨烯的主要成分是否都是碳單質(zhì)？【答案】是。微思考1．下列有關(guān)新型無(wú)機(jī)非金屬材料的說(shuō)法正確的是 (

)A．高純硅可用于制造光導(dǎo)纖維B．高純二氧化硅可用于制造太陽(yáng)能電池C．碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)砂紙、砂輪等D．金剛石、石墨烯、C60等都屬于碳納米材料【答案】C【解析】高純硅可用于制造太陽(yáng)能電池，A錯(cuò)誤；高純二氧化硅可用于制造光導(dǎo)纖維，B錯(cuò)誤；金剛石不屬于碳納米材料，D錯(cuò)誤。2．下列物質(zhì)中，屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是 (

)A．有色玻璃 B．碳化硅陶瓷C．石英玻璃 D．鋼化玻璃【答案】B【解析】有色玻璃、鋼化玻璃主要成分與普通玻璃相同，屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料；石英玻璃屬于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。課堂·

重難探究[重難理解]工業(yè)制備高純硅的反應(yīng)原理重難點(diǎn)高純硅的制備在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主要的角色。制備純硅的主要步驟如下：①在1800～2000℃溫度下用碳還原二氧化硅制得粗硅；[典例精練]請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)第①步制備粗硅反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7℃)，提純SiHCl3采用的方法為_(kāi)_______。(3)從基本反應(yīng)類(lèi)型角度分類(lèi)，步驟③中發(fā)生的反應(yīng)屬于________。(4)為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是________(填字母)。A．氯水 B．NaOH溶液C．KSCN溶液 D．Na2SO3溶液(2023·山東青島二中期中改編)晶體硅是一種重要的非金屬材料，有科學(xué)家認(rèn)為硅是“21世紀(jì)的能源”“未來(lái)的石油”。(1)工業(yè)上生產(chǎn)純硅的工藝流程如下：石英砂的主要成分是SiO2，在制備粗硅時(shí)反應(yīng)的氧化產(chǎn)物為_(kāi)_____(填化學(xué)式)，焦炭的作用是________(填“氧化劑”或“還原劑”)；在該反應(yīng)中，若消耗了3.0gSiO2，則轉(zhuǎn)移電子的總數(shù)為_(kāi)_______(用NA表示阿伏加德羅常數(shù))。(2)某實(shí)驗(yàn)室利用SiHCl3(沸點(diǎn)33.0℃)與過(guò)量H2在1000～1100℃反應(yīng)制得純硅(灰黑色固體)。已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。裝置如圖所示(熱源及夾持裝置略去)。①裝置B中的試劑是__________。裝置C中水的作用是________________________。②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是__________；裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________。③為檢驗(yàn)產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需要加入的試劑有________(填字母)。a．KMnO4 b．氯水c．Na2SO3溶液 d．KSCN溶液[課堂小結(jié)]小練·素養(yǎng)達(dá)成1．(2023·廣東華南師大附中三模)考古遺跡和歷史文物是歷史的見(jiàn)證，反映了古代人民豐富多彩的生活。下列文物屬于無(wú)機(jī)非金屬材料的是 (

)【答案】C【解析】銅烤爐為金屬材料，A錯(cuò)誤；黃花梨為木制品，所含的植物纖維為有機(jī)材料，B錯(cuò)誤；陶俑是燒制而成的無(wú)機(jī)非金屬材料，C正確；山居圖扇面為紙張制品，屬于植物纖維制品，不是無(wú)機(jī)非金屬材料，D錯(cuò)誤。2．(2022·陜西渭南期末)2021年，我國(guó)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍芯”19歲了。下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的敘述正確的是 (

)A．陶瓷是人類(lèi)應(yīng)用最早的硅酸鹽材料B．利用二氧化硅的半導(dǎo)體性能制成光電池C．硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．晶體硅是具有金屬光澤的灰黑色金屬【答案】A【解析】陶瓷是人類(lèi)應(yīng)用最早的硅酸鹽材料，A正確；硅是半導(dǎo)體材料，二氧化硅常被用來(lái)制造光導(dǎo)纖維，B錯(cuò)誤；硅與氟化氫反應(yīng)生成四氟化硅，C錯(cuò)誤；晶體硅是一種有金屬光澤的灰黑色的固體，是非金屬，D錯(cuò)誤。3．新型無(wú)機(jī)非金屬材料碳化鈦(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅等稱(chēng)為非氧化物陶瓷，合成這些物質(zhì)需在高溫下進(jìn)行，在合成工藝中必須注意 (

)A．通入充足的氧氣

B．可在空氣中進(jìn)行C．可在氮?dú)夥諊泻铣?/p>

D．通入少量氧氣【答案】C【解析】合成這些無(wú)機(jī)非金屬材料的過(guò)程中應(yīng)杜絕氧氣的存在，否則會(huì)生成相應(yīng)的氧化物。A．①③為置換反應(yīng)B．②為化合反應(yīng)C．①②③均為氧化還原反應(yīng)D．三個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原【答案】D【解析】①③中硅元素被還原，②中硅元素被氧化，D錯(cuò)誤。5．下列有關(guān)硅的化合物說(shuō)法正確的是 (

)A．SiO2與CO2相似，由一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成一個(gè)SiO2分子B．硅酸鹽一般不溶于水，它是水泥、陶瓷、玻璃的主要成分C．H2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如鹽酸)反應(yīng)制得D．SiO2是酸性氧化物，能和堿反應(yīng)，不能和酸反應(yīng)【答案】B【解析】錯(cuò)選A的原因在于對(duì)SiO2這個(gè)化學(xué)式分析不到位。SiO2是由硅原子和氧原子形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在這個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，硅原子與氧原子個(gè)數(shù)比是1∶2；C中，SiO2不溶于水，不可能與水反應(yīng)生成H2SiO3，H2SiO3一般是由可溶性的硅酸鹽和其他酸反應(yīng)制得；D中，SiO2作為酸性氧化物，能和堿反應(yīng)生成硅