5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料高一下學(xué)期化學(xué)人教版

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬因素5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料一、學(xué)習(xí)目標(biāo)（課本第21~24頁(yè)）1.了解硅、二氧化硅、新型陶瓷、納米材料的性能和用途，認(rèn)識(shí)化學(xué)在社會(huì)、生活、生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)中的重要作用。2.通過(guò)了解材料發(fā)展的歷史與前景，使學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)在材料科學(xué)中的重要地位，體會(huì)化學(xué)的創(chuàng)造性和實(shí)用性，激發(fā)對(duì)化學(xué)科學(xué)的興趣。培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。二、重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)∶硅、二氧化硅的存在、性質(zhì)和用途，新型陶瓷的性能與用途難點(diǎn)∶新型無(wú)機(jī)非金屬材料的組成與用途；高純硅的制備三、自主學(xué)習(xí)與合作探究【合作探究一】硅(1)硅元素的存在與結(jié)構(gòu)存在原子結(jié)構(gòu)示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第二位1．物理性質(zhì)：硅單質(zhì)是帶有金屬光澤的，其結(jié)構(gòu)與金剛石類(lèi)似，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以晶體硅的硬度大、熔點(diǎn)高。2．用途：硅在元素周期表中處于金屬與非金屬的交界處，晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是一種良好的，因此晶體硅常用于制作集成電路板（硅芯片）和太陽(yáng)能電池極板。(2)單質(zhì)硅的制備①高純硅的工業(yè)制備原理流程圖：制備原理：用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質(zhì)的粗硅，然后轉(zhuǎn)化為三氯硅烷，再經(jīng)氫氣還原。寫(xiě)出涉及的反應(yīng)方程式：①；②；③。②硅的工業(yè)制法：制備粗硅（反應(yīng)方程式）(3)硅主要性質(zhì)（寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式）1．與非金屬單質(zhì)反應(yīng)（1）與F2：（2）與Cl2：（3）與O2：2．與酸、堿反應(yīng)（1）非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但Si能與HF反應(yīng)：（2）硅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成氫氣：【自主檢測(cè)】1.硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列敘述中，正確的是（）A．如圖是常見(jiàn)于汽車(chē)中的小擺件“蘋(píng)果花”，它的動(dòng)力是以Si為原料制作的太陽(yáng)能電池B．晶體硅主要用途是制造光導(dǎo)纖維C．硅是地殼中含量最多的元素D．硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，因此硅在自然界中以游離態(tài)形式存在【自主檢測(cè)】2.下列關(guān)于Si的敘述中，錯(cuò)誤的是（）A.晶體硅的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石B.硅是良好的半導(dǎo)體材料C.硅的性質(zhì)較穩(wěn)定,在自然界界中存在游離態(tài)D.可以用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)粗硅:SiO2+2C=高溫【自主檢測(cè)】3.下列關(guān)于硅的敘述中不正確的是（）A.常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定B.在自然界中硅主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在C.硅元素在自然界中主要以單質(zhì)的形式存在D.硅是制造太陽(yáng)能電池的常用材料【合作探究二】二氧化硅(4)SiO2的性質(zhì)（寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式）1.二氧化硅是酸性氧化物，與氫氧化鈉反應(yīng)：2.高溫下，Na2CO3與SiO2反應(yīng)制玻璃3.與氫氟酸反應(yīng)(特殊)：點(diǎn)睛：(1)氫氟酸不能用玻璃試劑瓶保存，氫氟酸能腐蝕玻璃，可用于玻璃制品蝕刻花紋。(2)強(qiáng)堿溶液不能用玻璃塞試劑瓶保存，應(yīng)用橡膠塞。(5)高純硅和二氧化硅的用途1.高純硅的用途：2.二氧化硅用途:【自主檢測(cè)】4．能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是()A．CO2是氣體，SiO2是固體B．二氧化硅的熔點(diǎn)比二氧化碳高C．根據(jù)反應(yīng)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑，可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中析出硅酸沉淀，所生成的H2SiO3逐漸聚合而形成硅酸溶膠【自主檢測(cè)】5．金剛砂(SiC)可由SiO2和碳在一定條件下反應(yīng)制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列有關(guān)制造金剛砂的說(shuō)法正確的是()A．該反應(yīng)中的氧化劑是SiO2，還原劑為CB．該反應(yīng)中的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C．該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移12e－D．該反應(yīng)中的還原產(chǎn)物是SiC、氧化產(chǎn)物是CO【合作探究三】新型陶瓷和碳納米材料1.新型陶瓷(1)碳化硅:化學(xué)式為SiC,俗稱,結(jié)構(gòu)類(lèi)似金剛石，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。它的高溫抗氧化能力強(qiáng)，可以用作(2)除此之外，還有具有特殊功能的陶瓷材料，如等，均不同于傳統(tǒng)陶瓷,應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。2.碳納米材料(1)類(lèi)型：(2)用途：在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)用富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱代表物開(kāi)啟碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑用于石墨烯只有一個(gè)碳原子直徑厚度的應(yīng)用于【自主檢測(cè)】6.下列關(guān)于無(wú)機(jī)非金屬材料的說(shuō)法不正確的是()A．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無(wú)機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分不同【自主檢測(cè)】7.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國(guó)際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示：下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．石墨烯是一種新型化合物B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C．二者和石墨都是碳的同素異形體D．氧化石墨烯具有一定的親水性四、自主檢測(cè)8.硅谷是世界上最知名的電子工業(yè)集中地，以硅芯片的設(shè)計(jì)與制造著稱于世。下列有關(guān)硅的說(shuō)法正確的是()A．硅既不易失去電子又不易得到電子，所以既不能作氧化劑，又不能作還原劑B．硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，硅在地殼中的含量居第一位C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，在自然界中以游離態(tài)的形式存在D．在電子工業(yè)中，硅是最重要的半導(dǎo)體材料9．下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說(shuō)法正確的是()①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類(lèi)應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A．①②B．②③C．①④D．③④10．我國(guó)在航天、軍事、天文等領(lǐng)域的發(fā)展備受世界矚目，它們與化學(xué)有著密切聯(lián)系。下列說(shuō)法正確的是()A．“中國(guó)天眼”的“眼眶”是鋼鐵結(jié)成的圈梁，屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料B．“殲－20”飛機(jī)上大量使用的碳纖維是一種新型有機(jī)高分子材料C．“神舟十三號(hào)”宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷是新型無(wú)機(jī)非金屬材料D．“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室的太陽(yáng)能電池板的主要材料是二氧化硅班級(jí)：姓名：組別：序號(hào)：【自主檢測(cè)選擇題答題卡】1234567891011.從鋁土礦(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì))中提取氧化鋁的兩種工藝流程如下：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)流程甲加入鹽酸后生成Al3＋的離子方程式為_(kāi)_____________________________________。(2)流程乙加入燒堿后生成SiOeq\o\al(2－,3)的離子方程式為。(3)驗(yàn)證濾液B含F(xiàn)e3＋，可取少量濾液并加入________(填試劑名稱)。(4)濾液E、K中溶質(zhì)的主要成分是________(填化學(xué)式)，寫(xiě)出該溶質(zhì)的一種用途：_______________。12.高純硅是制作光伏電池的關(guān)鍵材料，如圖是一種生產(chǎn)高純硅的工藝流程示意圖：回答下列問(wèn)題：(1)石英砂的主要成分為SiO2，SiO2是一種酸性氧化物，能與燒堿反應(yīng)生成鹽和水，下列物質(zhì)中也能與燒堿反應(yīng)生成鹽和水的是__________(填字母)。A．Al B．Al2O3C．CuO D．NaHCO3SiO2能在一種常見(jiàn)的酸中溶解，生成一種氣態(tài)含硅物質(zhì)，這種酸的電子式為_(kāi)____________。(2)電弧爐中生成粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________。若電弧爐中焦炭過(guò)量，還會(huì)有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反應(yīng)中，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)_____________。5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料答案【合作探究一】(1)硅元素的存在與結(jié)構(gòu)存在原子結(jié)構(gòu)示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第二位氧化物和硅酸鹽第三周期、第ⅣA族1．灰黑色固體2．半導(dǎo)體材料(2)單質(zhì)硅的制備SiO2+C=高溫Si+2COSi+2Cl2=高溫SiCl4SiCl4+2H2②SiO2＋2C=高溫Si＋(3)硅主要性質(zhì)1．與非金屬單質(zhì)反應(yīng)（1）Si+2F2=SiF4；（2）Si+2Cl2QUOTE??SiCl4；（3）Si+O2QUOTE=高溫=高溫SiO2；2．與酸、堿反應(yīng)（1）Si+4HF===SiF4↑+2H2↑；（2）Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑?！咀灾鳈z測(cè)】1.【答案】A【自主檢測(cè)】2.【答案】C【解析】晶休硅的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石，屬于原子晶體,A正確;硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體，B正確;硅在自然界中以化合態(tài)存在，自然界中無(wú)游離態(tài)的硅,C錯(cuò)誤;焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)硅，化學(xué)方程式為SiO2+2C=高溫【自主檢測(cè)】3.【答案】C【解析】物質(zhì)的性質(zhì)是由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定的，硅的正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使它的原子間的作用力很強(qiáng)，在常溫下，很難發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂，所以常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定.A正確:硅是組成礦物和巖石的主要元素，在自然界中硅主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在，B正確:硅在自然界中以化合態(tài)形式存在，而不是單質(zhì)，C錯(cuò)誤;太陽(yáng)能電池中的常用材料是硅,D正確【合作探究二】(4)SiO2的性質(zhì)1.SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。2.Na2CO3＋SiO2QUOTE=高溫=高溫Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2QUOTE=高溫=高溫CaSiO3＋CO2↑。3.SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(5)高純硅和二氧化硅的用途1.計(jì)算機(jī)等的芯片、硅太陽(yáng)能電池2.光導(dǎo)纖維、石英玻璃制化學(xué)儀器、石英表、石英鐘、水晶制光學(xué)儀器和工藝品、瑪瑙制精密軸承和裝飾品【自主檢測(cè)】4．【答案】D【解析】酸性強(qiáng)弱與這種酸的氧化物的狀態(tài)和物理性質(zhì)無(wú)關(guān)，A、B均不正確；C項(xiàng)反應(yīng)只有在高溫條件下才能進(jìn)行，由于CO2是氣體，生成后脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，但這不能說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)；D項(xiàng)屬于較強(qiáng)的酸制取較弱的酸，能夠證明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。【自主檢測(cè)】5.【答案】D【解析】反應(yīng)產(chǎn)物SiC中Si、C的化合價(jià)分別為＋4、－4價(jià)，所以SiO2既不是氧化劑，又不是還原劑；碳元素從0價(jià)轉(zhuǎn)變成－4價(jià)(SiC)和＋2價(jià)(CO)，CO是氧化產(chǎn)物，SiC是還原產(chǎn)物，兩者的物質(zhì)的量之比為2∶1；根據(jù)化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移4e－?！竞献魈骄咳?.新型陶瓷(1)金剛砂耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。(2)壓電陶瓷、透明陶瓷和超導(dǎo)陶瓷2.碳納米材料(1)富勒烯、碳納米管、石墨烯等。(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)用富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱代表物C60開(kāi)啟碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨應(yīng)用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等【自主檢測(cè)】6.【答案】B【解析】無(wú)機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料兩大類(lèi)。傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指我們常說(shuō)的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無(wú)機(jī)非金屬材料是指一些新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新型無(wú)機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應(yīng)和生物功能等?！咀灾鳈z測(cè)】7.【答案】D【解析】石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯(cuò)誤；氧化石墨烯含有氫元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯(cuò)誤；由于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中含有羥基和羧基等親水基團(tuán)，所以它具有一定的親水性，D正確。四、自主檢測(cè)4.【答案】D【詳解】A．硅原子最外層電子數(shù)為4，因此既不易失去電子又不易得到電子，常溫下硅化學(xué)性質(zhì)不活潑，但在反應(yīng)、中作還原劑，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．硅在地殼中的含量居第二位，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但硅屬于親氧元素，所以硅主要以化合態(tài)形式存在于自然界中，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．硅屬于半導(dǎo)體材料，能夠?qū)щ?，常用于電子工業(yè)中，故D正確；6．【答案】C【解析】幾乎所有的巖石和礦物都含有硅酸鹽或者二氧化硅，則硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素，故①正確；水泥、玻璃是硅酸鹽產(chǎn)品，水晶的主要成分是二氧化硅，故②錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，故③錯(cuò)誤；陶瓷的主要原料是黏土，則陶瓷是人類(lèi)應(yīng)用很早的硅酸鹽材料，故④正確。8．【答案】C【解析】鋼鐵屬于金屬材料，A錯(cuò)；碳纖維屬于新型