（新教材）【人教版】20版必修二5.3（化學(xué)）

1、第三節(jié)無機(jī)非金屬材料 一、 硅酸鹽材料1.無機(jī)非金屬材料2. 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料產(chǎn)品原料主要成分應(yīng)用陶瓷_(含水的鋁硅酸鹽)生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具黏土產(chǎn)品原料主要成分應(yīng)用普通玻璃_(SiO2)_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)合材料水泥_、少量石膏水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土純堿、石灰石和石英砂Na2SiO3、CaSiO3、SiO2黏土和石灰石【微思考】普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料,經(jīng)混合、粉碎,在玻璃窯中熔融,發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化而制得。你能寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎?提示:由原料和玻璃的成分及反應(yīng)條件“熔融”,

2、可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2。二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅(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_位_ _二氧化物和硅酸鹽第三周期、第A族(2)單質(zhì)硅的制備:【微思考】工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅,由此能否說明碳的還原性大于硅?提示:不能。比較氧化性、還原性的強(qiáng)弱,必須是在通常情況下發(fā)生的反應(yīng),上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的,故不能比較還原性的強(qiáng)弱。(3)硅和二氧化硅的用途2.新型陶瓷3.碳納米材料碳納米材料在_等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。能源、信息、

3、醫(yī)藥結(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)_、電池和傳感器石墨烯只有一個(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)合材料復(fù)合材料【情境思考】從陶瓷材料發(fā)展的歷史來看,經(jīng)歷了三次飛躍。由陶器進(jìn)入瓷器這是第一次飛躍;由傳統(tǒng)陶瓷發(fā)展到精細(xì)陶瓷是第二次飛躍;精細(xì)陶瓷粉體的顆粒較大,屬微米級(jí)(10-6 m),用新的制備方法把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級(jí),用這種超細(xì)微粉體粒子來制造陶瓷材料,得到新一代納米陶瓷,這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延展性,有的甚至出現(xiàn)超塑性。

4、納米陶瓷被稱為21世紀(jì)陶瓷。試分析傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料各有什么優(yōu)點(diǎn)?提示:傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的比較:傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料具有性質(zhì)穩(wěn)定、抗腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn),但質(zhì)脆,經(jīng)不起熱沖擊。新型無機(jī)非金屬材料除具有傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)外,還有某些特征如:強(qiáng)度高、具有電學(xué)、光學(xué)特性和生物功能等。知識(shí)點(diǎn)二氧化碳與二氧化硅的性質(zhì)比較【重點(diǎn)釋疑】二氧化碳與二氧化硅的性質(zhì)比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳存在存在于巖石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空氣,燃料的燃燒產(chǎn)物物質(zhì)二氧化硅二氧化碳物理性質(zhì)固體,難溶于水,熔、沸點(diǎn)高,硬度大通常情況下為無色無味氣體,密度比空氣大,微溶于水物質(zhì)二氧化硅

5、二氧化碳化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng):SiO2+4HF=SiF4+2H2O不反應(yīng)物質(zhì)二氧化硅二氧化碳化學(xué)性質(zhì)與堿液(NaOH)反應(yīng)SiO2+2NaOH= Na2SiO3+H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或CO2+NaOH=NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng):SiO2+CaO CaSiO3如與Na2O反應(yīng):CO2+Na2O=Na2CO3物質(zhì)二氧化硅二氧化碳化學(xué)性質(zhì)與碳反應(yīng)SiO2+2C Si+2COCO2+C 2CO用途制飾品、坩堝、光導(dǎo)纖維干冰用于人工降雨【知識(shí)拓展】硅及其化合物性質(zhì)的“九大反?！?1)碳

6、族元素的主要化合價(jià)一般是+2、+4價(jià),而硅常見的是+4價(jià)。(2)硅的還原性比碳強(qiáng),而碳在高溫下卻能從SiO2中還原出硅。(3)非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)一般不生成氫氣,而硅卻能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。(4)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng),而硅不但能與氫氟酸反應(yīng),而且還有H2生成(類似于較活潑金屬與酸的置換反應(yīng)),Si+4HF=SiF4+2H2。(5)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接將它與水作用制備H2SiO3。(6)非金屬氧化物的熔、沸點(diǎn)一般較低,但SiO2的熔、沸點(diǎn)卻很高。(7)酸性氧化物一般不與酸作用,但SiO2卻能與氫氟酸作用。SiO2+4HF=SiF4+2H2O。(8)

7、無機(jī)酸一般易溶于水,而H2SiO3卻難溶于水。(9)因H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng):Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,但在高溫下Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2也能發(fā)生?！舅伎加懻摗?1)盛NaOH溶液的試劑瓶一般是玻璃瓶、橡膠塞,你知道這是為什么嗎? 提示:試劑瓶的瓶塞一般是毛玻璃,易與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉溶液,從而使瓶塞與瓶壁黏合在一起而難以打開,所以盛NaOH溶液的試劑瓶一般是玻璃瓶、橡膠塞。(2)SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng),也能與氫氟酸反應(yīng),能認(rèn)為SiO2屬于兩性氧化物嗎? 提示:

8、SiO2不屬于兩性氧化物。兩性氧化物指既能與酸反應(yīng),又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。SiO2能與氫氟酸反應(yīng),但并不生成鹽和水?！景咐痉丁?【典例】(2019嘉興高一檢測)下列敘述正確的是 ()A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以兩者物理性質(zhì)相似B.因?yàn)镃aCO3+SiO2 CaSiO3+CO2,所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)C.CO2和SiO2都能與碳反應(yīng),且都作氧化劑D.SiO2既能和NaOH反應(yīng),又能和HF反應(yīng),所以二氧化硅屬于兩性氧化物【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下3點(diǎn):(1)CO2和SiO2在性質(zhì)上既有一定的相似性又具有差異性。(2)由于SiO2和HF反應(yīng)是SiO2的特殊性質(zhì),SiO2與

9、其他酸不反應(yīng),所以SiO2不是兩性氧化物。(3)SiO2、CO2與C反應(yīng)時(shí)SiO2、CO2均表現(xiàn)氧化性?！窘馕觥窟xC。CO2和SiO2都是酸性氧化物、化學(xué)性質(zhì)相似,但物理性質(zhì)差別很大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;硅酸的酸性比H2CO3弱,反應(yīng)之所以發(fā)生,是因?yàn)镃O2為氣體,可以脫離反應(yīng)體系,B項(xiàng)錯(cuò)誤;CO2和SiO2與C反應(yīng)時(shí)都作氧化劑,C項(xiàng)正確;SiO2與HF反應(yīng)時(shí)生成的SiF4不是鹽,所以SiO2不是兩性氧化物,D項(xiàng)錯(cuò)誤?！灸割}追問】(1)利用化學(xué)方程式說明碳酸和硅酸的酸性強(qiáng)弱。提示:向硅酸鈉溶液中通入CO2氣體,發(fā)生反應(yīng)Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3,根據(jù)“較強(qiáng)酸制較弱酸”的原

10、理,可知碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)。(2) C項(xiàng)發(fā)生的反應(yīng)中碳的作用是否相同? 提示:相同。反應(yīng)C+CO2 2CO、2C+SiO2 Si+2CO中碳都作還原劑。【遷移應(yīng)用】2018年 11月5日至7日,世界光纖光纜大會(huì)在杭州舉行。本次大會(huì)以“一個(gè)光纖連接的智能世界”為主題,圍繞“全球光纖光纜供需走勢”、“5G和物聯(lián)網(wǎng)帶來的需求展望”、“一帶一路”倡議和“智能制造”等熱點(diǎn)議題展開深入討論與交流。光纜的主要成分為SiO2。下列敘述正確的是()A.CO2與SiO2都能跟H2O反應(yīng)生成相應(yīng)的酸B.SiO2與CO2都不能與酸反應(yīng)C.SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)D.水晶的主要成分是SiC【解析

11、】選C。A項(xiàng),CO2與水反應(yīng),SiO2不與水反應(yīng),也不溶于水;B項(xiàng),SiO2能與HF反應(yīng),但CO2不與酸反應(yīng);C項(xiàng),SiO2、CO2均能與NaOH溶液反應(yīng):SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O;D項(xiàng),水晶是純凈的SiO2,SiC俗稱金剛砂?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】1.(2019蘭州高一檢測)下列關(guān)于二氧化硅的敘述不正確的是()光導(dǎo)纖維主要成分是SiO2,故SiO2可以導(dǎo)電能跟強(qiáng)堿反應(yīng),但不能與水反應(yīng)SiO2的熔、沸點(diǎn)較低既不是酸性氧化物,又不是堿性氧化物A.和B.C.和D.只有【解析】選B。光導(dǎo)纖維只能對(duì)光傳導(dǎo);SiO2熔、沸點(diǎn)很高;雖然SiO2不溶于水,

12、但它仍然是酸性氧化物,它是H2SiO3的酸酐。2.硅及其化合物在材料領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。下列說法正確的是()A.水晶項(xiàng)鏈?zhǔn)枪杷猁}制品B.硅單質(zhì)廣泛用于光纖通訊C.利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品D.水泥、玻璃、陶瓷屬于傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料【解析】選D。水晶項(xiàng)鏈主要成分是二氧化硅,A錯(cuò);光纖是由二氧化硅制造而成的,B錯(cuò);石英中的二氧化硅不與鹽酸反應(yīng),C錯(cuò)。3.下列關(guān)于碳和硅的敘述中,正確的是()A.其氧化物都能與NaOH溶液反應(yīng)B.其單質(zhì)在加熱時(shí)都能跟O2反應(yīng)C.其氧化物都能溶于水生成相應(yīng)的酸D.碳和硅兩種元素共有兩種單質(zhì)【解析】選B。CO與NaOH溶液不反應(yīng),A錯(cuò)誤;SiO2與水不反應(yīng),C錯(cuò)誤;碳有多種同

13、素異形體,D錯(cuò)誤。 【素養(yǎng)提升】 “瑪瑙”早期被書寫成“馬腦”。因“色如馬腦,故從彼名”。自佛經(jīng)傳入中國后,翻譯人員考慮到“馬腦屬玉石類”,于是巧妙地譯成“瑪瑙”?，旇У闹饕煞譃槎趸?由于與水化二氧化硅(硅酸)交替而常重復(fù)成層。因其夾雜氧化金屬,顏色可從極淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸(H2SiO3)?提示:二氧化硅不與水反應(yīng),故應(yīng)先與堿(如NaOH溶液)反應(yīng)生成硅酸鹽,再與酸(如鹽酸)反應(yīng)生成硅酸?！菊n堂回眸】課題任務(wù):以硫及其化合物、氮及其化合物的知識(shí)為載體,解決酸雨的防治問題【情境創(chuàng)設(shè)】柳州蝶變:從“酸雨之都”到“宜居花城”在上世紀(jì)80至90年代,廣西柳州傳統(tǒng)重工業(yè)聚集

14、,粗放型發(fā)展模式使大氣遭到嚴(yán)重污染,年酸雨出現(xiàn)頻率最高達(dá)98%,被列為全國四大“酸雨之都”之一。作為廣西最大的工業(yè)基地和西南工業(yè)重鎮(zhèn),柳州市多年來一直努力在工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間尋求平衡,現(xiàn)已成為踐行綠色發(fā)展理念的城市典范。近20多年來,柳州市經(jīng)過酸雨治理、生態(tài)建設(shè)和新型工業(yè)化探索,已經(jīng)由過去的“酸雨之都”蛻變?yōu)椤耙司踊ǔ恰?。在綠色發(fā)展理念的指引下,柳州實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的統(tǒng)一,工業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的良性互動(dòng),走出了一條“生態(tài)工業(yè)城”的發(fā)展新路。如今柳州已成為國家低碳試點(diǎn)城市、國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范城市?！舅仞B(yǎng)解讀】1.核心素養(yǎng):(1)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí):能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的問題,能從問題和

15、假設(shè)出發(fā),依據(jù)研究目的,設(shè)計(jì)探究方案。(2)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任:具有探索未知、崇尚真理的意識(shí);具有節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。2.素養(yǎng)目標(biāo):通過課題的探究學(xué)習(xí),掌握硫、氮及其化合物的相關(guān)知識(shí),初步養(yǎng)成綠色應(yīng)用意識(shí),增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感?！舅仞B(yǎng)探究】【探究一】酸雨成分的分析1.某同學(xué)查閱資料得知:酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落過程中,吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質(zhì),形成了pH低于5.6的酸性降水。中國的酸雨多為硫酸型酸雨,少為硝酸型酸雨,此外,各種機(jī)動(dòng)車排放的尾氣也是形成酸雨的重要原因。(1)酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。以5

16、.6為標(biāo)準(zhǔn)是因?yàn)檎Ｓ晁膒H大約為5.6,請(qǐng)分析原因。提示:空氣中含有CO2, CO2與雨水反應(yīng)生成碳酸,故雨水的pH約為5.6。(2)“硝酸型酸雨”是如何形成的?提示:氮的氧化物NO2、NO與雨水反應(yīng)生成硝酸,使雨水的pH小于5.6,發(fā)生的反應(yīng)為2NO+O2= 2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO。(3)某測定酸雨的站點(diǎn)對(duì)取得的酸雨樣品進(jìn)行了pH的測定,隨時(shí)間推移,得到了如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。試分析酸雨的類型、形成原因及pH隨時(shí)間變化的原因。時(shí)間(h)開始81624324048pH5.04.84.54.34.24.04.0提示:隔一段時(shí)間檢測,發(fā)現(xiàn)pH逐漸減小,酸性增強(qiáng),發(fā)生的反應(yīng)為2H2

17、SO3+O2=2H2SO4,酸雨樣品中的H2SO3逐漸被氧化成H2SO4,使溶液的酸性增強(qiáng),由此可以得出酸雨形成過程為二氧化硫與水反應(yīng)SO2+H2O=H2SO3,酸雨為硫酸型酸雨。(4)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明(3)中的結(jié)論,寫出你的思路,并與同學(xué)們進(jìn)行交流。提示:取一定量上述雨水,加入足量鹽酸,再加熱將產(chǎn)生的氣體通入品紅溶液中,品紅溶液褪色;取反應(yīng)后的雨水于另一試管中,加入BaCl2溶液,產(chǎn)生白色沉淀;如圖:【探究二】防止酸雨的措施的選擇2.通過近20年的治理,柳州空氣的二氧化硫含量已于2006年達(dá)標(biāo)。(1)把煤燃燒產(chǎn)生的廢氣通入CaCO3與水形成漿狀物,可以起到很好的脫硫效果,同時(shí)制得副產(chǎn)品石膏。

18、試寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示:由于亞硫酸的酸性大于碳酸,故發(fā)生的反應(yīng)為SO2+ CaCO3=CaSO3+CO2,CaSO3再被氧氣氧化:2CaSO3+O2=2CaSO4。(2)為了持續(xù)打好環(huán)保戰(zhàn),柳州市政府推廣綠色低碳的出行方式,大力支持當(dāng)?shù)厍鍧嵻囕v的生產(chǎn)與使用。如使用純電動(dòng)汽車,這些措施可以大大減少汽車尾氣的排放,汽車尾氣的主要污染氣體有哪些?造成的主要環(huán)境危害有哪些?提示:汽車尾氣的主要污染氣體為CO、NO、NO2等,對(duì)環(huán)境的主要危害有光化學(xué)煙霧、酸雨等。(3)為了徹底修復(fù)城市生態(tài),進(jìn)一步改造城市風(fēng)貌,柳州市不僅做了“節(jié)能減排”的減法,還進(jìn)行“綠色覆蓋”的加法,實(shí)施了一系列城市綠化建設(shè)工程。這些做法體現(xiàn)了什么環(huán)境治理的思想?提示:柳州市的做法體現(xiàn)了環(huán)境治理的兩種措施:控制進(jìn)入大氣、土壤和水體的碳、硫和氮等化合物的量;增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳、硫和氮等化合物的吸收能力?！咎骄咳窟w移應(yīng)用3.水華指淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象,是藻類大量繁殖后使水體呈現(xiàn)藍(lán)色或綠色的一種現(xiàn)象。你能解釋原因嗎?可以采取什么措施防止這種現(xiàn)象的發(fā)生?提示:水華主要是由于生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含有大量氮、磷的廢污水進(jìn)入水體后,水體富營