資源簡介

(共36張PPT)
第三節 無機非金屬材料
【核心素養】
1.宏觀辨識與微觀探析
通過對硅酸鹽結構的了解，培養學生宏觀辨識與微觀探析能力
2.證據推理與模型認知
掌握硅的結構及硅的化合物的性質，了解硅及其化合物的用途與性質之間的關系
3.科學態度與社會責任
結合日常生活的實際，了解傳統硅酸鹽產品的應用.通過對幾種重要無機非金屬材料的生產及用途的學習，培養學生科學態度與社會責任
【教學重難點】
教學重點:玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無機非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。
教學難點:硅氧四面體的結構特點與硅酸鹽的性質，二氧化硅的性質及應用。
復合材料：由兩種或兩種以上的材料按照一定方式組成的材料。
高分子材料：纖維、橡膠、樹脂、塑料
材料
金屬材料：純金屬材料和合金材料
無機非金屬材料：傳統和新型
材料按照化學組成和特性來分：
三大傳統硅酸鹽材料：玻璃、陶瓷、水泥
玻璃
水泥
陶瓷
一、傳統無機非金屬材料-硅酸鹽材料
黏土（含水的鋁硅酸鹽）
高溫燒結(復雜的物理和化學變化)
建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具
陶瓷
原料：
條件：
用途：
性能：
熔點高、硬度大、耐腐蝕、性質穩定
1.陶瓷
純堿、石灰石、石英沙（SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
建筑材料、光學儀器、各種器皿、
玻璃纖維
玻璃
原料：
主要成分：
用途：
性能：
透光性好、硬度大、無固定熔點
2.玻璃
反應原理：
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
玻璃窯(復雜的物理和化學變化)
設備：
黏土、石灰石(加適量石膏)
水泥回轉窖(復雜的物理和化學變化)
設備：
3.水泥
水泥
原料：
水泥、沙子和碎石等與水混合可以得
到混凝土，大量用于建筑和水利工程
用途：
成分：硅酸三鈣(3CaO·SiO2)
硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、
鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)
調節水泥硬化速率
三大傳統無機非金屬材料
硅酸鹽產品
陶瓷
水泥
玻璃
【小結】
陶瓷：原料——黏土
玻璃：原料——純堿、石灰石和石英；
水泥：原料——黏土和石灰石； 加適量石膏；
【課堂練習】“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法正確的是(　 　)
A.玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品
B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英
C.硅酸鹽制品的性質穩定、熔點較高
D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
C
1.概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱
結構：在硅酸鹽中硅原子和氧原子構成了硅氧四面體
性質：硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點
二、硅酸鹽的組成、結構和性質
2.硅酸鹽的表示方法 系統集成P39
①用鹽的化學式表示
硅酸鈉：Na2SiO3 硅酸鈣：CaSiO3
②用氧化物形式表示
書寫順序：活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2O
硅酸鈉：Na2O · SiO2
高嶺土Al2(Si2O5)(OH)4：Al2O3·2SiO2·2H2O
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
1.將下列硅酸鹽改寫為氧化物
石棉：Mg3CaSi4O12
黏土：Al2Si2H4O9
長石：KAlSi3O8
鉀云母：K(Al3Si3O10)(OH)2
注意事項：①元素化合價不變、原子比例不變
②計量數以整數書寫
K2O·Al2O3·6SiO2
3MgO·CaO·4SiO2
Al2O3·2SiO2·2H2O
【課堂練習】
2.歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然於碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價)，下列關于硅酸銅鋇的說法不正確的是(　　 )
A.可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2
B.性質穩定，不易脫色
C.易溶解于強酸和強堿
D. x等于6
C
①物理性質
俗稱泡花堿，白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃
②化學性質
Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2 (少)= Na2CO3+H2SiO3↓
Na2SiO3+2H2O+2CO2(過) =2NaHCO3+H2SiO3↓
【小結】酸性：硅酸<碳酸，且不能使紫色石蕊變紅
③硅酸鈉的用途
制硅酸、黏合劑、耐火阻燃材料(防火劑)
3.最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3 系統集成P39
1.硅
硅元素含量僅此于氧，位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。
單質硅是灰黑色具有金屬光澤的固體,結構類似金剛石，熔沸點很高、硬度大，導電能力介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料
Si
+14
8
4
2
主要形成四價的化合物
三、新型無機非金屬材料
硅在自然界中只有化合態,主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數礦物）和氧化物（如水晶、瑪瑙）的形式存在。
(1)硅的制備
教材P22
(2)化學性質 系統集成P37-38
a.常溫下，化學性質穩定,只能跟F2、HF、NaOH溶液反應。
b.加熱時能與某些非金屬單質反應
Si+2F2 = SiF4
Si+4HF = SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2↑
Si+2Cl2 SiCl4
Si + O2 SiO2
Si + C SiC
高溫
(3)硅的用途
硅太陽能電池
半導體材料
硅芯片
1.我國具有獨立知識產權的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關敘述正確的是(　　 )
A.晶體硅和金剛石的物理性質相似
B.晶體硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發生反應
C.晶體硅是一種良好的半導體材料，但是它的提煉工藝復雜，價格昂貴
D.晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導電
A
【課堂練習】
2.高純度晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料。它的發現和使用曾引起計算機的一場“革命”。它可以按下列方法制備：
下列說法不正確的是( )
A.步驟①的化學方程式：SiO2＋C Si＋CO2↑
B.步驟①中每生成1 mol Si，轉移4 mol電子
C.步驟③中的反應為氧化還原反應
D.高純硅是制造太陽能電池的常用材料
A
高溫
水晶
瑪瑙
石英
沙子
SiO2是硅的重要化合物，地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質量的12％，其存在形態有結晶形和無定形兩大類，通稱硅石。
(1)物理性質：難溶于水，熔點高，硬度大，不導電
空間構型：硅氧四面體（空間網狀）
①SiO2是原子晶體；1mol 二氧化硅中含4mol Si-O鍵
②SiO2是二氧化硅的化學式(表示組成)而不是分子式，沒有SiO2分子
2.二氧化硅SiO2
a.酸性氧化物
①與堿溶液反應：SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
②與堿性氧化物反應：SiO2 + CaO CaSiO3
③與某些鹽反應：
(2)SiO2的化學性質
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
SiO2 + 4HF = SiF4 ↑+2H2O
——唯一能與SiO2反應的酸
用途：刻蝕玻璃
(2)SiO2的化學性質
b.特性：與HF反應
注意：HF能腐蝕玻璃，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶
【思考】1.為什么實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？
因為玻璃中含有SiO2，會與NaOH溶液反應生成硅酸鈉，硅酸鈉具有黏性，會使瓶塞與瓶口粘在一起而打不開。
2.某同學根據SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應推斷SiO2為兩性氧化物，是否正確
不正確，SiO2 + 4HF = SiF4 ↑+2H2O
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
(3)SiO2的用途
光導纖維
沙子作建材
石英鐘表
玻璃儀器
水晶、瑪瑙飾品
石英坩堝
【拓展補充】硅酸（H2SiO3）
①硅酸是一種不溶于水的弱酸，酸性比碳酸H2CO3 弱
②實驗室用可溶性硅酸鹽與其他酸反應制備H2SiO3
Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2 = Na2CO3+H2SiO3↓
③H2SiO3不穩定，受熱易分解
④硅酸（H2SiO3）的用途
食品、藥品的干燥劑；催化劑的載體
H2SiO3 ==== SiO2 + H2O
1.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列說法不正確的是(　　)
A.二氧化硅是一種立體網狀結構的晶體，熔點高、硬度大
B.二氧化硅為酸性氧化物，能與水反應生成硅酸
C.實驗室不能用磨口玻璃塞試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液
D.氫氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氫氟酸
B
【課堂練習】
2.下列物品或設備的成分中含有二氧化硅的是(　　)
①門窗玻璃　 ②水晶鏡片　 ③石英鐘表　 ④瑪瑙首飾　
⑤硅太陽能電池 ⑥光導纖維　 ⑦計算機芯片
A.①②③④⑥ B.全部 C.⑤⑦ D.①②⑥⑦
A
3.下列關于硅酸的說法正確的是(　　)
A.硅酸可以通過 SiO2 和 H2O 化合反應直接制得
B.可用反應 Na2SiO3+2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓ 制取硅酸
C.因為硅酸難溶于水，所以它不能與 NaOH 溶液反應
D.干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉
B
4.下列敘述正確的是(　　)
A.SiO2既和NaOH溶液反應，又和HF反應，所以SiO2屬于兩性氧化物
B.因為Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強
C.CO2和SiO2都能與碳反應，且都作氧化劑
D.CO2和SiO2都是由分子構成的化合物，所以兩者物理性質相似
C
5.利用“強酸制弱酸”原理可用來設計酸性強弱比較的實驗，如比較HCl、H2CO3、H2SiO3酸性強弱：
①分液漏斗所盛試劑是稀鹽酸，錐形瓶所盛試劑是______________，裝置A中反應的化學方程式是____________________________________。
②裝置B所盛試劑是飽和NaHCO3溶液，其作用是：
_____________________________________。
③裝置C所盛試劑是_____________，C中反應的
離子方程式是______________________。
④結論：HCl、H2CO3、H2SiO3酸性強弱：_____＞______＞______。
能否說明非金屬性：Cl > C > Si ？
Na2CO3溶液
Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + CO2↑+ H2O
除去鹽酸中揮發出的HCl氣體
Na2SiO3溶液
HCl H2CO3 H2SiO3
3.新型陶瓷
碳化硅（SiC）俗稱金剛砂
硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料
還具有優異的高溫抗氧化性能，可以用作耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料等。
高溫陶瓷
壓電陶瓷
透明陶瓷
超導陶瓷
富勒烯C60
石墨烯
碳納米管
（單壁）
碳納米管
（多壁）
4.碳納米材料：碳單質的同素異形體
在能源、信息、醫藥等領域有著廣闊的應用前景
1.下列有關無機非金屬材料的說法錯誤的是（ ）
A. 氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，其化學式為Si3N4
B. 碳化硅（SiC）的硬度大，熔點高，可制作耐高溫軸承
C. 富勒烯C60是一種新型化合物
D. 超導陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零，可用于磁懸浮技術
C
【課堂練習】
2.下列說法不正確的是( )
A.傳統的無機非金屬材料多為硅酸鹽材料，如陶瓷、玻璃、水泥
B.二氧化硅用于光伏電站、人造衛星和電動汽車等的太陽能電池
C.碳化硅硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料
D.碳納米材料包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等
B
3.碳納米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有廣闊的應用前景。下列說法正確的是(　　)
C
A.碳納米管屬于膠體 B.石墨烯屬于有機化合物
C.C60與金剛石互為同素異形體 D.均具有相同的熔點
4.宇航員在升空、返回或遇到緊急情況時，必須穿上10公斤重的航天服，我國宇航員的航天服是由我國科學家研制的新型“連續纖維增韌”航空材料做成的，主要由碳化硅、陶瓷和碳纖維復合而成。
下列相關敘述錯誤的是(　　)
A.它耐高溫、抗氧化　
B.它比鋼鐵輕,但質地較脆
C.它沒有固定熔點
D.它是一種新型無機非金屬材料
B

展開更多......

收起↑