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

第三節(jié)無機(jī)非金屬材料素養(yǎng)要求1.結(jié)合實(shí)例認(rèn)識(shí)無機(jī)非金屬材料的組成、性能與應(yīng)用之間的聯(lián)系。2．結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例，了解硅酸鹽、硅和二氧化硅的主要性質(zhì)。3．通過新型無機(jī)非金屬材料的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)新型無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用。知識(shí)基礎(chǔ)·自學(xué)·嘗試核心素養(yǎng)·合作·探究知識(shí)基礎(chǔ)·自學(xué)·嘗試一、硅酸鹽材料1．硅酸鹽的組成和性質(zhì)從組成上看，無機(jī)非金屬材料多含有____、___等元素，具有____________________等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。硅氧耐高溫、抗腐蝕、硬度高特別提示

硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如圖所示。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)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(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)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(diǎn)。硅氧四面體的結(jié)構(gòu)示意圖2．三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品——傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料產(chǎn)品主要原料主要設(shè)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(xué)儀器、各種器皿、高強(qiáng)度復(fù)合材料等水泥________、________水泥回轉(zhuǎn)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(xué)而思】根據(jù)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(xué)方程式。純堿＋石英→Na2SiO3：_____________________________________。石灰石＋石英→CaSiO3：_____________________________________。

二、新型無機(jī)非金屬材料1．硅(1)硅的存在、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用單質(zhì)硅是應(yīng)用最為廣泛的________材料。二氧化物和硅酸鹽三ⅣA半導(dǎo)體(2)高純硅的制備其中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)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(dǎo)纖維的主要成分是________。石英SiO2(2)結(jié)構(gòu)SiO2晶體是____空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)Si結(jié)合____個(gè)O，每個(gè)O結(jié)合____個(gè)Si，N(Si)∶N(O)＝____

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

2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O光導(dǎo)SiO2石英3．新型陶瓷SiC金剛砂共價(jià)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(lǐng)域有著廣闊的前景。信息單層石墨復(fù)合復(fù)合傳感器C60

提示：不能。硅的還原性比碳強(qiáng)，而碳在高溫下卻能從SiO2中還原出硅。2．寫出下列物質(zhì)主要化學(xué)成分的化學(xué)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(shí)練]

1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)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(yīng)。(

)(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(dǎo)纖維在強(qiáng)堿性條件下易發(fā)生“斷路”。(

)(6)硅酸鹽是一大類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固態(tài)物質(zhì)。(

)(7)普通玻璃和水泥的生產(chǎn)原料均含石灰石。(

)(8)光電池可以將光能直接轉(zhuǎn)化為電能。(

)××××√√√√2．我國(guó)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(chǎn)自中國(guó)陶瓷之鄉(xiāng)，下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.陶瓷、玻璃和水泥均屬于無機(jī)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(jīng)加工燒制而成的解析：水泥、玻璃、陶瓷均屬于無機(jī)非金屬材料，故A正確；Fe2O3是紅棕色物質(zhì)，而陶瓷版“冰墩墩”上為黑色涂料，故不是氧化鐵，故B錯(cuò)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(jīng)加工燒制發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而制成的，故D正確。答案：B4．關(guān)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(guān)其說法正確的是(

)A．化學(xué)性質(zhì)不活潑B．可溶于水且顯酸性C．熔沸點(diǎn)較低，物理性質(zhì)與CO2相似D．是酸性氧化物，不溶于任何酸答案：A5．下列關(guān)于硅、硅酸鹽的說法正確的是________(填序號(hào))。①硅廣泛存在于自然界中，天然單質(zhì)硅叫硅石。②硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間。③硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)。④水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽材料。⑤高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)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(qiáng)堿溶液反應(yīng)，③不正確；水晶的成分是SiO2，④不正確；SiO2用于制光導(dǎo)纖維而不是硅，⑤不正確。答案：②核心素養(yǎng)·合作·探究目標(biāo)1

硅的制法例1.高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)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(nèi)可能發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________。

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

提醒解答信息實(shí)驗(yàn)題時(shí)要特別注意以下兩點(diǎn)(1)分析題目信息，注意實(shí)驗(yàn)操作或具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)；(2)與已掌握的知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，充分利用信息進(jìn)行知識(shí)遷移。

關(guān)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(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。

(2)實(shí)驗(yàn)室制硅的方法①將細(xì)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(duì)點(diǎn)練]1．現(xiàn)今手機(jī)等電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了高純硅的生產(chǎn)與應(yīng)用。工業(yè)上用“西門子法”以硅石(SiO2)為原料制備冶金級(jí)高純硅的工藝流程如圖所示。下列說法錯(cuò)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(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如圖所示。(1)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式：______________________________________________________。解析：(1)根據(jù)原子守恒即可寫出SiHCl3與H2反應(yīng)制備高純硅的化學(xué)方程式。

(2)整個(gè)制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。(SiHCl_(3))遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)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(jù)得失電子守恒和原子守恒可知，SiHCl3和H2O劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和H2。SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸目標(biāo)2

含硅物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化例2.A、B、C、D、E五種含硅元素的物質(zhì)，相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示：(1)推斷A～E的化學(xué)式：A________，B________，C________，D________，E________。(2)①寫出B―→A的化學(xué)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(yīng)生成A，則A為Na2SiO3，A和鹽酸反應(yīng)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(zhuǎn)化關(guān)系題中的突破口(1)硅、二氧化硅的結(jié)構(gòu)：如硅與金剛石結(jié)構(gòu)相似。(2)硅、二氧化硅的物理性質(zhì)：如硬度大，熔、沸點(diǎn)高。(3)特征性質(zhì)：①與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)放出H2的非金屬單質(zhì)是硅。②不與H2O反應(yīng)、能與氫氟酸反應(yīng)(或雕刻玻璃)的酸性氧化物為SiO2。③難溶于水的無機(jī)酸是H2SiO3。關(guān)鍵能力硅及其化合物的“價(jià)—類二維圖”及相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式

拓展硅酸鈉(1)物理性質(zhì)：可溶于水，水溶液俗稱“水玻璃”。“水玻璃”具有很強(qiáng)的黏合性，是建筑行業(yè)常用的黏合劑。(2)化學(xué)性質(zhì)：易與酸反應(yīng)。與強(qiáng)酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。與CO2反應(yīng)：CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2過量，Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓。

答案：A

4．為確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如下圖所示的裝置，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請(qǐng)據(jù)此回答