24秋-25春人教版化學必修第二冊 06 第五章 第三節(jié) 無機非金屬材料

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無機非金屬材料1．能通過閱讀和討論，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設中發(fā)揮的重要作用。2．能從結構角度分析硅和二氧化硅性質(zhì)的差異，形成“結構決定性質(zhì)”的觀念。3．能通過學習，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機非金屬材料的奇特性能及其在高科技領域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學習化學的興趣。學習任務目標問題式預習一、硅酸鹽材料1．硅酸鹽定義：由____、____元素和金屬元素組成的化合物的總稱。2．硅酸鹽結構：在硅酸鹽中，Si、O構成硅氧四面體，其結構示意圖為_____________，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結合。3．硅酸鹽材料特點：硬度____、____溶于水、耐高溫、耐腐蝕等。硅氧高難4．三種常見的硅酸鹽材料硅酸鹽材料原料主要設備主要成分用途陶瓷黏土陶瓷窯鋁硅酸鹽用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃____________________玻璃窯______________、____________和SiO2用于生產(chǎn)建筑材料、光學儀器、各種器皿、玻璃纖維等水泥______、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣用于建筑和水利工程純堿、石灰石、石英砂Na2SiO3CaSiO3石灰石二、新型無機非金屬材料1．硅(1)硅的存在和導電性①存在：硅在自然界主要以________(如地殼中的大多數(shù)礦物)和________(如水晶、瑪瑙)的形式存在。②導電性：硅單質(zhì)的導電性介于導體與絕緣體之間，是應用最為廣泛的半導體材料。硅酸鹽氧化物(2)硅的化學性質(zhì)①常溫下，硅單質(zhì)的性質(zhì)不活潑，但可與F2、氫氟酸和強堿溶液反應，反應的化學方程式為Si＋2F2===SiF4、Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑、Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。②在加熱或高溫條件下，硅能與某些非金屬單質(zhì)發(fā)生反應，如Cl2、O2、H2等。(3)高純硅的制備硅單質(zhì)是由其氧化物制得的，主要分為兩個階段。①粗硅的制備：______________________________________。②純硅的制備：__________________________________________、__________________________________________。(4)高純硅的用途利用高純硅的半導體性能可以制成計算機、通信設備和家用電器等的____，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等的_____________。芯片硅太陽能電池2．二氧化硅(1)化學性質(zhì)(2)用途：純凈的SiO2是現(xiàn)代光學及光纖制品的基礎材料，可以用來生產(chǎn)__________。光導纖維3．新型陶瓷——SiC(1)SiC俗稱________，具有類似金剛石的結構，硬度______，可用作砂紙和砂輪的磨料。(2)碳化硅具有優(yōu)良的高溫抗氧化性能，可用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等。金剛砂很大4．碳納米材料(1)常見的碳納米材料：富勒烯、碳納米管、________等。(2)富勒烯是由碳原子構成的一系列____形分子的總稱，代表物是________。(3)碳納米管：可以看成是由__________卷成的管狀物，比表面積____，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能，可用于生產(chǎn)復合材料、電池和傳感器等。(4)石墨烯：只有____個碳原子直徑厚度的______石墨，其電阻率____、熱導率____，具有很高的強度。石墨烯籠C60石墨片層大一單層低高任務型課堂[探究活動]《本草衍義》中有記載：嘉州峨眉山有燕薩石，形六棱而銳首，色瑩白明澈。這里“燕薩石”的主要成分是SiO2。硅及其化合物的特性和單質(zhì)硅的制備活動1

燕薩石的克星是氫氟酸，氫氟酸為什么能使燕薩石瞬間溶解？提示：SiO2可與氫氟酸反應生成SiF4和H2O?；顒?

如何利用二氧化硅制取純硅？提示：不能。元素的非金屬性是指元素的原子吸引電子的能力，該處雖然碳置換出了二氧化硅中的硅，但這是因為生成的CO是氣體，氣體揮發(fā)，使反應能夠繼續(xù)進行，不能說明碳元素的非金屬性小于硅元素。[評價活動]1．下列有關硅元素的敘述正確的是(

)A．硅與任何酸都不反應B．硅元素是構成礦物巖石的主要成分之一，其化合態(tài)幾乎全部是氧化物和硅酸鹽C．硅的性質(zhì)很穩(wěn)定，能以游離態(tài)形式存在于自然界中D．常溫時硅不與任何物質(zhì)反應B

解析：硅是親氧元素，在自然界中全以化合態(tài)形式存在，主要是氧化物和硅酸鹽的形式，B正確，C錯誤；常溫時，硅能與氟氣、氫氟酸、氫氧化鈉溶液等發(fā)生反應，A、D錯誤?！?．下列對硅單質(zhì)及其氧化物的有關敘述不正確的是(

)A．石英砂可以用來生產(chǎn)玻璃B．二氧化硅具有半導體性能，常用于制作光導纖維C．高純硅可用于制造硅太陽能電池D．Na2SiO3可用作黏合劑、木材防火劑的原料，實驗室保存NaOH溶液不能用玻璃塞√B

解析：生產(chǎn)玻璃的原料有石英砂、石灰石、純堿，故石英砂可以用來生產(chǎn)玻璃，A正確；二氧化硅不具有半導體性能，B錯誤；高純硅可用于制造電動汽車等的硅太陽能電池，C正確；Na2SiO3的水溶液具有黏結力強和耐高溫等特征，因此Na2SiO3可用作黏合劑和防火劑的原料，由于玻璃中含有SiO2，SiO2能夠與NaOH發(fā)生反應產(chǎn)生Na2SiO3，將玻璃塞與試劑瓶黏在一起，因此實驗室保存NaOH溶液應用橡膠塞，不能使用玻璃塞，D正確。3．(2023·山東卷)下列之物具有典型的齊魯文化特色，據(jù)其主要化學成分不能與其他三種歸為一類的是(

)A．泰山墨玉 B．龍山黑陶C．齊國刀幣 D．淄博琉璃C

解析：墨玉、黑陶、琉璃的主要成分均為硅酸鹽，而刀幣的主要成分為青銅，C符合題意?！?．(2023·湖北卷改編)工業(yè)制備高純硅的主要過程如下：下列說法錯誤的是(

)B.由SiHCl3制備高純硅的反應不是氧化還原反應C.原料氣HCl和H2應充分去除水和氧氣D.生成SiHCl3的反應為熵減(氣體分子數(shù)減少)過程√5．有下列物品或設施：①磚瓦②計算機芯片

③陶瓷餐具④硅太陽能電池⑤石英⑥光導纖維(1)使用了硅單質(zhì)的是________(填序號，下同)。(2)使用了硅酸鹽材料的是________。(3)使用了二氧化硅的是________。解析：(1)②計算機芯片、④硅太陽能電池的原料是硅單質(zhì)。(2)①磚瓦、③陶瓷餐具的主要成分是硅酸鹽。(3)所用材料為二氧化硅或要用到二氧化硅的是⑤石英、⑥光導纖維。答案：(1)②④

(2)①③

(3)⑤⑥(1)Si及其化合物的特性②非金屬單質(zhì)一般為非導體，但Si可以作為半導體。③酸性氧化物一般不與酸反應，但SiO2可以與氫氟酸反應：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(2)硅及其化合物的用途[探究活動]活動1

有人說SiO2既能與NaOH反應，又能與HF反應，則SiO2屬于兩性氧化物。該說法正確嗎？提示：錯誤。因為SiO2與HF反應是SiO2的特性，且沒有生成鹽和水，并與其他的酸不反應，SiO2屬于酸性氧化物。SiO2與CO2性質(zhì)的比較活動2

為什么CO2和SiO2在化學性質(zhì)上具有一定的相似性而物理性質(zhì)卻差異很大？提示：SiO2和CO2均屬于酸性氧化物，故其化學性質(zhì)相似。CO2是由分子構成的，而SiO2是空間立體網(wǎng)狀結構，故二者的物理性質(zhì)差異很大。[評價活動]1．(雙選)碳和硅均為第ⅣA族的元素，二者性質(zhì)既有一定的相似性，又有一定的遞變性。下列關于SiO2和CO2的說法中，正確的是(

)A．CO2與SiO2都能和H2O反應生成相應的酸B．SiO2與CO2都不能與酸反應C．SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應D．水晶的主要成分是SiO2√√2．在一定條件下，既能與CO2反應，又能與SiO2反應的物質(zhì)是(

)①NaHCO3溶液

②濃硫酸

③NaOH溶液

④碳單質(zhì)A．①② B．①③C．②③ D．③④D

解析：SiO2和CO2都屬于酸性氧化物，能與堿反應，同時二者均具有弱氧化性，一定條件下能與碳單質(zhì)反應；但二者均不與NaHCO3溶液、濃硫酸發(fā)生反應?！?．(雙選)下列敘述正確的是(

)A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以二者物理性質(zhì)相似C．CO2和SiO2都能與碳反應，且都作為氧化劑D．在一定條件下，碳酸鈉固體不能與CO2反應，但能與SiO2反應√√4．下列說法正確的是(

)A．H2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如鹽酸)反應制得C．由CO2通入Na2SiO3溶液中，產(chǎn)生白色沉淀可知，酸性：H2CO3＞H2SiO3D．H2SiO3難溶于水，因此不能與NaOH溶液反應√