資源簡介

(共28張PPT)
第五章
化工生產中的重要非金屬元素
第三節　無機非金屬材料
內容索引
學習目標
活動方案
課堂反饋
學 習 目 標
1. 認識硅的性質，了解硅的用途。
2. 通過對比分析，理解二氧化硅的性質，了解二氧化硅的特性和用途。
3. 知道傳統的硅酸鹽材料，了解新型陶瓷和碳納米材料。
活 動 方 案
1. 查閱資料，小組交流討論自然界中含二氧化硅的物質有哪些？它們的物理性質如何？
【答案】 自然界中含有二氧化硅的物質有石英、水晶(無色透明的石英晶體)和瑪瑙等。它們都具有較高的熔、沸點和硬度。
活動一：理解二氧化硅的性質，了解二氧化硅的用途
2. 右圖所示是實驗室在特定條件下使用的石英坩堝。你認為石英坩堝有什么特點？
【答案】 耐高溫、耐腐蝕。
3. SiO2是一種酸性氧化物，根據下列事實，用化學方程式描述二氧化硅的化學性質。
(1) 石英坩堝不能用來高溫熔融KOH。
【答案】 2KOH＋SiO2===K2SiO3＋H2O
(2) 煉鋼時，用生石灰除去鐵礦石中的脈石(主要成分是二氧化硅)。
(3) 普通玻璃中含有SiO2，盛裝堿性試劑(以NaOH溶液為例)的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞。
【答案】 2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O
1. 閱讀課本，討論交流硅酸鹽產品的用途，并完成下表。
活動二：了解硅酸鹽材料的應用
硅酸鹽材料 用途
陶瓷
玻璃
水泥
日用器皿、建筑材料、衛生潔具、絕緣材料等
建筑材料、光學儀器、各種器皿等
建筑、水利工程等
2. 工業上以石灰石、純堿和石英砂為原料制取玻璃。在高溫下，二氧化硅分別與碳酸鈉、碳酸鈣反應生成硅酸鹽和二氧化碳，寫出反應的化學方程式。
閱讀課本，了解新型無機非金屬材料，并完成下列問題。
1. (1) 畫出硅的原子結構示意圖。根據硅在元素周期表中的位置，解釋硅成為信息技術關鍵材料的原因。
活動三：了解新型無機非金屬材料及應用
(2) 交流討論并歸納硅的應用，說說為什么可以稱硅為無機非金屬材料的主角。
【答案】 硅的應用：計算機芯片、電子存儲器和光電池等。含4%硅的硅鋼導磁性好，用它做的變壓器鐵芯、硅橡膠耐高溫和低溫，彈性好，廣泛用于尖端科技領域等。
硅元素在自然界中廣泛存在，硅的化合物占地殼總質量的90%以上；硅產品性能好，應用范圍廣，所以可以稱硅為無機非金屬材料的主角。
2. (1) 光導纖維可以讓我們形象地看到光線在玻璃或塑料制成的纖維中傳導。由于傳輸的是光信號而不是電信號，因此數據的保密性好、信息量大、損耗低。光導纖維在通信領域具有廣泛的應用。制造光纖電纜的主要原材料的化學式是____________，它屬于______________材料。
SiO2
無機非金屬
(2) 半導體工業中有一句話：“從沙灘到用戶。”只有高純硅(雜質少于百萬分之一)才具有良好的半導體性能，被廣泛用作半導體材料。下圖為制取高純硅的流程示意圖，其中第一步反應還有CO生成，寫出圖中所示反應的化學方程式。
3. 閱讀下列材料，并回答有關問題。
新型陶瓷材料在性能上有其獨特的優越性。如在電性能方面有絕緣性、壓電性、半導體性和磁性等；在化學方面有催化、耐腐蝕和吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作為生物結構材料等。下面介紹兩種新型陶瓷：
工程陶瓷：目前有氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、硅化鎢(WSi2)、二氧化鋯(ZrO2)和氧化鋁(Al2O3)等。這些材料具有耐熱、高硬度、耐磨、耐腐蝕和相對密度小等特點。若能用于燃氣輪機，可使工作溫度從目前的1 100 ℃提高到1 370 ℃，而熱效率從60%提高到80%，應是理想的發動機材料。
熱敏元件陶瓷：半導體熱敏陶瓷具有正的溫度系數，當溫度上升到相變溫度時，電阻急劇增大，可用于各種溫控元件，如電熱器、電飯煲、烤箱和干燥器等。熱敏元件 ZnO－Li2O－Cr2O3－V2O5，其相對濕度為90%，可用于空調機。
(1) 新型陶瓷材料是否屬于硅酸鹽產品？
【答案】 不屬于硅酸鹽產品。
(2) 氮化硅陶瓷是一種新型高溫材料，可用于制造汽車發動機。請寫出高純硅和氮氣在 1 300 ℃ 時反應制備氮化硅的化學方程式。
4. 下面是金剛石、石墨、C60和碳納米管的結構示意圖，有關說法正確的是(　 　)
A. 這四種物質都很軟，可作潤滑劑
B. 這四種物質碳原子的排列方式相同
C. 這四種物質完全燃燒后的產物都是CO2
D. 這四種物質互為同素異形體
CD
課 堂 反 饋
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1. 在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質中含有硅單質的是(　 　)
C
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2. 玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上進行蝕刻，將其制成毛玻璃和雕花玻璃的物質是(　 　)
A． 燒堿 B． 純堿
C． 氫氟酸 D． 鹽酸
C
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3. 將固態的氫氧化鈉加熱至熔融狀態，可選用的器皿是(　 　)
A． 鐵坩堝　　　 B． 石英坩堝
C． 鋁坩堝　　　　 D． 以上都可以
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A
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D
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5. 下列物質的性質與應用對應關系正確的是(　 　)
A. 晶體硅硬度大，可用于制造光導纖維
B. 氫氟酸可與二氧化硅反應，可用于雕刻玻璃
C. 硅酸鈉溶液具有堿性，可用作木材防火劑
D. 碳酸鈉可溶于水，可用于除去鐵屑表面的油污
1
B
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8
6. 假如硅作為一種普遍使用的新能源被開發利用，你認為下列關于其有利因素的敘述中，錯誤的是(　 　)
A. 硅在常溫下化學性質穩定，便于運輸、貯存
B. 硅元素在自然界中以單質形式大量存在
C. 硅燃燒放出的熱量多，燃燒產物對環境污染程度低
D. 硅燃燒后生成的二氧化硅，在一定條件可以“再生”
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B
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1
作氧化劑
化合反應、置換反應
1∶1
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1
氫氟酸
Mg2Si＋4HCl===2MgCl2
＋SiH4↑
7 g
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