資源簡介

(共28張PPT)
新型無機非金屬材料
第五章 化工生產中的重要非金屬元素
1. 通過學習，了解二氧化硅、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揮的重要作用，激發學生學習化學的興趣。
2.結合身邊的生活用品、電子產品、建筑物等用到的無機非金屬材料，感受化學材料的作用巨大，提高學生努力學習化學、投身國家建設的社會責任感
SiO2存在形式
結晶形
無定形——硅藻土
石英、水晶、瑪瑙、沙子
瑪瑙
水晶
根據CO2與H2CO3的性質，推測SiO2與H2SiO3的性質，并寫出相應的方程式。
已知(1)CO2可以溶于水并生成H2CO3，作為酸性氧化物，可以與堿和堿性氧化物反應；
(2)H2CO3是一種二元弱酸，能使紫色石蕊溶液變紅，不穩定,受熱易分解。
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
一、二氧化硅
難溶于水，熔點高，硬度大。
3.化學穩定性：
化學性質很穩定，不活潑。
1.結構
O
Si
立體網狀結構
2.物理性質：
×
1.不能與水反應生成硅酸
2.具有酸性氧化物的性質
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
3.特性
SiO2+CaO CaSiO3
高溫
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 ↑
高溫
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
高溫
3.SiO2的化學性質：
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
雕刻玻璃
實驗室不用玻璃瓶盛裝氫氟酸！
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
二氧化碳 二氧化硅
水
堿
堿性氧化物
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反應
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O
SiO2+CaO===CaSiO3
高溫
HF
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反應
SiO2+Na2CO3 ==== Na2SiO3+CO2↑
高溫
SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑
高溫
碳
CO2+C==2CO
SiO2+2C ==== Si+2CO↑
高溫
碳酸鹽
}制取玻璃原理
CO2 +H2O+Na2CO3 =2NaHCO3
4.二氧化硅的用途
SiO2的網狀結構決定了它具有優良的物理和化學性質，加上SiO2在自然界的廣泛存在，從古到今都被人類廣泛地應用著。
光導纖維（通信）
水晶、瑪瑙
玻璃儀器
精美瓷器
二、硅酸
1．白色膠狀固體，不溶于水。
2．弱酸性：酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊溶液變紅。
3．不穩定性：受熱易分解，H2SiO3 SiO2 + H2O（工業制硅膠）。
4．制備（強酸制弱酸）：
Na2SiO3 + 2HCl === 2NaCl + H2SiO3 ↓
Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3 ↓ + Na2CO3
△
催化劑的載體
干燥劑
5.硅膠的用途
硅酸干凝膠 “硅膠”SiO2 nH2O
硅酸溶膠→硅酸凝膠→硅酸干凝膠即為 “硅膠”（ H2SiO3 和SiO2的混合物 ）
1、實驗室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？
2、某同學根據SiO2既可與堿反應,也能與氫氟酸反應，能否推斷SiO2為兩性氧化物
不正確。
二氧化硅不屬于兩性氧化物，但是屬于酸性氧化物。
NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應生成 Na2SiO3，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
硅酸的制備
如何通過實驗來證明硅酸的酸性比碳酸弱？
CaCO3
鹽酸
飽和Na2SiO3溶液
CO2(HCl)
排除干擾
酸性： H2CO3>H2SiO3
飽和 NaHCO3 溶液
飽和Na2SiO3溶液
CaCO3
鹽酸
CO2(HCl)
CO2
Na2SiO3 + CO2+H2O = H2SiO3 ↓ + 2NaCl
如何通過實驗來證明硅酸的酸性比碳酸弱？
H2O+CO2/HCl
Si
Na2SiO3
SiO2
H2SiO3
O2 /△
F2
Na2O、NaOH
NaOH
物質類別
化
合
價
單質
氧化物
鹽
含氧酸
0
+4
酸堿轉化
氧化還原轉化
Na2CO3
C/高溫
SiF4
HF
HF
NaOH
SiCl4
Cl2
H2
氯化物
△
硅元素的價類圖
SiHCl3
HCl
H2
+2
新型無機非金屬材料的發展
新型材料 成分 性能 主要應用
金剛砂 ___________ 磨料、耐高溫結構材料、耐高溫半導體材料
高溫結構陶瓷 碳化硅、氮化硅、金屬氧化物 用于火箭發動機、汽車發動機和高溫電極材料等
壓電陶瓷 鈦酸鹽、鋯酸鹽等 用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等
透明陶瓷 氧化鋁、氧化釔等透明陶瓷； 用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等
超導陶瓷 — 用于電力、交通、醫療等領域
碳化硅(SiC)
硬度大、耐高溫、
抗氧化
耐高溫、抗氧化、
耐腐蝕
能實現機械能和電能
的相互轉化
具有優異的光學性能、
耐高溫、絕緣性好
臨界溫度下具有超導性
碳納米材料
主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫藥等領域有著廣闊的應用前景。
碳納米管可看成由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。
比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。
碳納米管可看成由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。
比表面積大，有相當高的強度和優良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。
石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。其在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入
1.有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發電過程中具有重要的作用。下列有關硅的說法中，不正確的是( )
A.高純度的硅廣泛用于制作計算機芯片
B.硅是人類將太陽能轉換為電能的常用材料
C.常溫下，硅與水、空氣和酸不反應，但能與氫氟酸和氫氧化鈉反應
D.由于硅的化學性質不活潑，自然界中存在大量的單質硅
D
2.下列說法中，正確的是( )
A.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，所以二氧化硅能和水反應生成硅酸
B.泡花堿屬于鹽類，水溶液俗稱水玻璃，可用于生產黏合劑和防火劑；硅膠可做干燥劑
C. SiO2可與氫氟酸反應,所以也能與鹽酸反應
D. Si和SiO2都用于制造光導纖維
B
3.C、Si、S都是自然界中含量豐富的非金屬元素，下列有關說法中正確的是（ ）
A．三種元素在自然界中既有游離態又有化合態
B．元素的＋4價氧化物都屬于酸性氧化物，都能與堿反應而不能與任何酸反應
C．最低價的氣態氫化物都具有還原性，易與O2發生反應
D．其最高價氧化物對應的水化物的酸性強弱：H2SO4＞H2SiO3＞H2CO3
C
4.由下列實驗事實得出的結論正確的是( )
A. 因為Na2CO3＋SiO2 === Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強
B.由SiO2＋2C === Si＋2CO↑，可知碳的非金屬性大于硅
C.CO2通入Na2SiO3溶液產生白色膠狀沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
D.實驗室盛放氫氧化鈉溶液的試劑瓶應使用橡膠塞而不是玻璃塞，可以用氫氟酸溶液蝕玻璃生產磨砂或雕花玻璃，因此可以推出：SiO2可與NaOH溶液反應，也可與氫氟酸反應，可知SiO2為兩性氧化物
高溫
高溫
C
5.高純度晶體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：下列說法正確的是(　　)
A.步驟①的化學方程式為SiO2＋C=== Si＋CO2↑
B.步驟①②③中每生成或反應28 g Si，轉移4 mol電子
C.二氧化硅能與氫氟酸反應，而硅不能與氫氟酸反應
D.SiHCl3(沸點33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸點67.6 ℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3
D
高溫
6.SiO2是一種化工原料，可以制備一系列物質（如圖）。下列說法錯誤的是（　　）
A．圖所含反應都不屬于氧化還原反應
B．純凈的二氧化硅和單晶硅都是信息產業的重要基礎材料
C．用鹽酸可除去石英砂（主要成分為SiO2）中少量的碳酸鈣
D．高爐煉鐵時用石灰石將鐵礦石中的脈石轉化為易熔的爐渣
A
7.習主席在2020年新年賀詞中強調“5G商用加速推出，凝結著新時代奮斗者的心血和汗水，彰顯了不同凡響的中國風采、中國力量”，而制造芯片用到高純硅，用SiHCl3(沸點：31.85℃，SiHCl3遇水會劇烈反應，除生成H2SiO3、HCl外，還生成一種氣體a)與過量H2在1100～1200 ℃反應制備高純硅的裝置如下圖所示(夾持裝置和尾氣處理裝置略去)，下列說法錯誤的是（ ）
A．實驗時，先打開裝有稀硫酸儀器的活塞，收集尾氣驗純，再預熱裝置Ⅳ石英管
B．裝置Ⅱ、Ⅲ中依次盛裝的是濃H2SO4、溫度高于32℃的溫水
C．Ⅰ裝置可用于二氧化錳固體與濃鹽酸反應制備氯氣
D．a氣體為H2
C
8.已知Si能與HF溶液和NaOH溶液反應：Si+4HF= SiF4↑+2H2，Si+2NaOH+H2O= Na2SiO3＋2H2↑。又知硅及其化合物間存在如下圖所示的關系：其中A是制造芯片和光電池的主要原料；B是含硅化合物中的一種氣體； D是一種黏合劑，能將磨砂玻璃黏合在一起；E是一種比H2CO3酸性還弱的酸。
（1）寫出A、C、D的化學式：A________ C_______ D_______。
（2）①～⑦反應中，屬于氧化還原反應的是_______。
（3）寫出反應⑤的離子方程式_____________________。
（1）Si；SiO2；Na2SiO3
（2）①③④
（3）2OH-＋SiO2=SiO32-＋H2O

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