資源簡介

(共44張PPT)
無機非金屬材料
第三節
學習目標
1.通過原子結構與元素周期表的相關理論認識硅及其化合物的性質,能描述二氧化硅的性質和用途,能列舉常見硅酸鹽材料(水泥、陶瓷、玻璃)的簡單生產原理及用途。
2.通過了解新型無機非金屬材料的重要應用,能描述碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機非金屬材料的用途、特點。
組成 結構 特點
等元素 硅酸鹽材料大多具有


等特點
『自主梳理』
學習任務1　認識硅酸鹽材料
1.硅酸鹽
硅、氧
耐高溫、耐腐蝕、
硬度高、難溶于水、
化學性質穩定
項目 普通玻璃 普通水泥 陶瓷
生產 原料
生產設備 玻璃窯 水泥回轉窯 —
主要 成分 — —
主要 用途 生產建筑材料、光學儀器、各種器皿,制造玻璃纖維 大量用于建筑和水利工程 生產建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛生潔具等
2.常見的硅酸鹽材料
純堿、石灰石、
石英砂(SiO2)
石灰石、黏土
黏土
Na2SiO3、
CaSiO3和SiO2
『互動探究』
探究　普通玻璃的主要成分及制造
張家界大峽谷玻璃橋是斜拉式高山峽谷玻璃橋,其橋面全部采用透明玻璃材料鋪設,整個工程無鋼筋混凝土橋墩,因其創下多項玻璃橋的世界紀錄而聞名中外。
問題1:普通玻璃的主要成分是什么 制造普通玻璃的主要原料是什么
提示:普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3和SiO2;主要原料為純堿、石灰石和石英砂。
問題2:原料經混合、粉碎,在玻璃窯中熔融,發生復雜的物理變化和化學變化(生成Na2SiO3和 CaSiO3) 而制得玻璃。請寫出有關反應的化學方程式。
問題3:根據生產玻璃的化學方程式能否得出H2CO3的酸性強于H2SiO3的酸性
提示:不能。水溶液中自發進行的復分解反應可以得出強酸制弱酸的結論,以上兩反應均不是在溶液中進行的,無法比較其酸性。
關于硅酸鹽材料的認識
1.硅酸鹽有時可寫成氧化物形式(其成分、性質均不變),例如:長石(KAlSi3O8)可改寫為K2O·Al2O3·6SiO2。書寫順序:活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水,若改寫硅酸鹽時,化學計量數出現了分數,一般應化為整數。
2.關于玻璃的認識
(1)制造玻璃的原料熔融后發生了復雜的物理變化和化學變化。制得的玻璃是混合物,沒有固定的熔點。
(2)鋼化玻璃與普通玻璃的主要成分完全相同。
歸
納
拓
展
3.關于水泥的認識
(1)水泥具有吸水性,在空氣中吸水發生復雜的物理和化學變化而失去了原有的性質,因而變硬的水泥不能使用。
(2)水泥不能抗酸腐蝕,因為水泥的成分中有碳酸鹽。
『題組例練』
1.(2024·黑吉遼卷)文物見證歷史,化學創造文明。東北三省出土的下列文物據其主要成分不能與其他三項歸為一類的是(　　)
A.金代六曲葵花鎏金銀盞
B.北燕鴨形玻璃注
C.漢代白玉耳杯
D.新石器時代彩繪幾何紋雙腹陶罐
A
解析:金代六曲葵花鎏金銀盞是合金,屬于金屬材料;北燕鴨形玻璃注是玻璃制品,屬于硅酸鹽材料;漢代白玉耳杯是玉,屬于含有微量元素的鈣鎂硅酸鹽材料;新石器時代彩繪幾何紋雙腹陶罐是陶器,屬于硅酸鹽材料。綜上A選項材質與其他三項材質不同,不能歸為一類,故選A。
2.下列有關玻璃的說法正確的是(　　)
A.玻璃有固定的熔、沸點
B.鋼化玻璃與普通玻璃的主要成分不同
C.在生產玻璃的過程中加入氧化亞銅,可制成藍色玻璃
D.制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英砂
D
解析:玻璃沒有固定的熔、沸點,A錯誤;鋼化玻璃與普通玻璃的主要成分相同,B錯誤;氧化亞銅為磚紅色固體,在生產玻璃的過程中加入氧化亞銅,可制成紅色玻璃,C錯誤;制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英砂,D正確。
原子結構示意圖 周期表中位置 存在 含量 存在形態
地殼中居第 位 和
(如水晶、瑪瑙)
學習任務2　認識新型無機非金屬材料
『自主梳理』
1.硅和二氧化硅
(1)硅的存在與結構。
第三周期、
第ⅣA族
二
硅酸鹽
氧化物
涉及的化學方程式:
① ;
② ;
③ 。
(2)硅的制備。
硅 利用其 性能制成芯片和
電池
二氧化硅 生產 (具有良好的導光性)
半導體
(3)主要應用。
硅太陽能
光導纖維
俗稱 結構特點 主要性能 生產應用
碳原子和硅原子通過 連接,具有類似 的結構 硬度 、優異的高溫抗氧化性能 砂紙和砂輪的磨料、
和

2.新型陶瓷——碳化硅(化學式 )
SiC
金剛砂
共價鍵
金剛石
很大
耐高溫結構材料
耐高溫半導體材料
項目 概念 性能 用途
富勒烯 由 構成的一系列籠形分子的總稱,如 — 制碳納米材料
碳納 米管 由 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 和優良的 性能 生產復合材料、電池和傳感器等
石墨烯 只有 厚度的單層石墨 電阻率 、熱導率 ,具有很高的強度 在光電器件、超級電容器、電池、復合材料等方面的應用研究正在不斷深入
相互關系 富勒烯、碳納米管、石墨烯互為同素異形體 3.碳納米材料
碳原子
C60
石墨片層
強度
電學
一個碳原子直徑
低
高
『互動探究』
探究　硅和二氧化硅的性質
硅和二氧化硅都是科學研究的重要材料,有著廣泛的用途。
問題1:半導體或芯片是由晶體硅生產的。雖然芯片比較堅硬,但是可被氫氟酸(HF溶液)腐蝕,生成SiF4和另一種氣體,請寫出該反應的化學方程式。
提示:Si+4HF SiF4↑+2H2↑。
問題2:工業上利用焦炭與SiO2在高溫下反應制備粗硅,由此能否說明碳的還原性大于硅
提示:不能。因為比較物質氧化性、還原性的強弱,必須是在通常情況下發生的反應,題述反應是在高溫條件下發生的,所以不能比較碳和硅還原性的強弱。
問題3:實驗室中要熔化燒堿固體,現有三種坩堝,石英坩堝、陶瓷坩堝、鐵坩堝,應該選哪一種 盛NaOH溶液的試劑瓶一般是玻璃瓶、橡膠塞,你知道這是為什么嗎 (已知硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃,可作黏合劑)
提示:鐵不與燒堿(NaOH)反應,而石英坩堝、陶瓷坩堝中都含有SiO2,SiO2是一種酸性氧化物,能與NaOH溶液反應,使得坩堝受損,
因此,應選擇鐵坩堝。試劑瓶的瓶塞一般是磨砂玻璃,易與NaOH溶液反應生成硅酸鈉溶液,從而使瓶塞與瓶口黏合在一起而難以打開。
問題4:SiO2也能與氫氟酸反應生成SiF4,能認為SiO2屬于兩性氧化物嗎 為什么可以用氫氟酸刻蝕玻璃生產磨砂玻璃
提示:不能。玻璃中含有二氧化硅,可與氫氟酸反應。
歸
納
拓
展
硅及二氧化硅的化學性質拓展
(1)硅的化學性質。
常溫下能與氟氣、氫氟酸、強堿等反應。
(2)二氧化硅的化學性質。
題點一　辨析硅和二氧化硅的性質、用途
1.“千淘萬漉雖辛苦,吹盡狂沙始到金。”詩句中“沙”的主要成分是SiO2,下列說法錯誤的是(　　)
A.“從沙灘到用戶”這句話涉及工業上制備粗硅的工藝
B.“水玻璃”可以由SiO2與NaOH溶液反應制得
C.SiO2是制取傳統硅酸鹽產品玻璃的原料之一
D.SiO2屬于酸性氧化物,不與任何酸反應
『題組例練』
D
解析:“從沙灘到用戶”這句話涉及工業上制備粗硅的工藝和制備電子產品的工藝,A正確;SiO2與NaOH溶液反應制得硅酸鈉溶液,即水玻璃,B正確;SiO2是制取傳統硅酸鹽產品玻璃的原料之一,C正確;
SiO2屬于酸性氧化物,但是可以和HF反應,D錯誤。
2.下列敘述正確的是(　　 )
A.硅在自然界中能夠以單質形式存在
B.SiO2具有導電性,可用于制作光導纖維和光電池
C.可用Na2SiO3溶液和CO2反應來制備H2SiO3
D.NaOH溶液可以盛裝在帶玻璃塞的磨口試劑瓶中
C
解析:硅在自然界中主要以SiO2和硅酸鹽的形式存在,無游離態的硅,A錯誤;SiO2對光具有良好的全反射作用,可制作光導纖維,而Si為半導體材料可作光電池材料,B錯誤;較強酸與較弱酸的鹽反應可制備較弱酸,用Na2SiO3溶液和CO2反應可制備H2SiO3,C正確;NaOH能與玻璃中SiO2反應生成具有黏性的硅酸鈉,故NaOH溶液不可以盛裝在帶玻璃塞的磨口試劑瓶中,D錯誤。
題后悟道
含硅物質在生活中對應的產品
題點二　考查高純硅的提取
3.高純硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域,如圖是工業制備高純硅的原理示意圖:
下列敘述錯誤的是(　　)
A.反應①的化學方程式為SiO2+2C Si(粗)+2CO↑
B.反應②的產物為SiHCl3和H2
C.已知SiHCl3中H顯-1價,則反應③中氧化劑是SiHCl3,還原劑是H2
D.反應①③中硅元素均被還原,②中硅元素被氧化
C
4.“中國芯”的發展離不開高純單晶硅。從石英砂(主要成分為SiO2)制取高純硅涉及的主要反應流程如圖所示。
下列說法正確的是(　　)
A.流程圖中的X是CO2
B.流程中HCl和H2可以循環利用
C.僅②③反應為氧化還原反應
D.硅太陽能電池、光導纖維和計算機芯片所用的材料都是Si
B
解析:反應①是SiO2+2C Si(粗)+2CO↑,所以X為CO,A錯誤;反應②產生的H2可以用于反應③中,反應③產生的HCl可以用于反應②中,所以H2和HCl可以循環利用,B正確;反應①②③中均有元素化合價變化,均屬于氧化還原反應,C錯誤;硅太陽能電池和計算機芯片所用的材料都是Si,而光導纖維用的材料是SiO2,
D錯誤。
題點三　辨析新型無機非金屬材料
5.化學與科技、生活密切相關。下列敘述正確的是(　　)
A.GaN具有半導體的性質,常用作LED燈的芯片,屬于新型無機非金屬材料
B.從石墨中剝離出的石墨烯薄片能導電,因此是電解質
C.宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結構陶瓷的主要成分是硅酸鹽
D.機器人所用芯片的主要成分為二氧化硅
A
解析:GaN具有半導體的性質,屬于新型無機非金屬材料,A正確;石墨及從石墨中剝離出的石墨烯薄片是非金屬單質,不是化合物,故不屬于電解質,B錯誤;宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結構陶瓷的主要成分是氮化硅,屬于新型無機非金屬材料,C錯誤;機器人所用芯片的主要成分為晶體硅,D錯誤。
6.具有特殊性質的新型無機非金屬材料迅速發展。下列有關新型無機非金屬材料的敘述不正確的是(　　)
A.新型無機非金屬材料克服了傳統無機非金屬材料的許多缺點
B.碳化硅的硬度大、熔點高,可用于制作高溫結構陶瓷和軸承
C.氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料,可用于制造發動機,其化學式為Si3N4
D.不銹鋼和石英光導纖維都是新型無機非金屬材料
D
解析:傳統無機非金屬材料的缺點為質地較脆,經不起熱沖擊,新型無機非金屬材料克服了傳統無機非金屬材料的缺點,能承受高溫,強度較高,具有優良的電學特性、光學特性等,A正確;碳化硅的硬度大、熔點高,可用于制作高溫結構陶瓷和軸承,B正確;石英光導纖維屬于新型無機非金屬材料,但不銹鋼屬于金屬材料,D錯誤。
知識整合
學科素養測評
硅酸鹽具有特殊的性質與應用,回答下列問題。
(1)硅酸鹽材料是傳統無機非金屬材料,下列產品的主要成分是硅酸鹽的是　　　　 (填序號)。
①玻璃;②陶瓷;③石英玻璃;④硅芯片;⑤光導纖維;⑥水泥;⑦磚瓦。
①②⑥⑦
解析:(1)玻璃、陶瓷、水泥、磚瓦的主要成分都是硅酸鹽,即①②⑥⑦可選;而石英玻璃、光導纖維的主要成分是SiO2,硅芯片的主要成分是晶體硅。
(2)在水泥、玻璃的制備時,都需要的原料是　　　　。
石灰石
解析:(2)制備玻璃的原料是石灰石、純堿、石英砂,制備水泥的原料是石灰石、黏土和其他輔料,所以共同的原料是石灰石。
(3)磷酸鈣陶瓷是一種新型無機非金屬材料,可用于制造人造骨骼,這是利用了這類材料的　　　　(填字母)。
A.耐高溫的特性　　　　　　　　 B.電學特性
C.光學特性 D.生物功能
D
解析:(3)根據題中信息可知,“人造骨骼”具有生物功能的特性,
D正確。
(4)向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體,現象是　　　　 　　　　　,化學方程式為　
　。
Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3↓+Na2CO3
解析:(4)向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體,溶液中發生反應Na2SiO3+
CO2+H2O H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2CO2+2H2O H2SiO3↓+
2NaHCO3,即看到溶液中有白色沉淀生成。
生成白色沉淀
(或Na2SiO3+2CO2+2H2O H2SiO3↓+2NaHCO3)
(5)我國成功發射了嫦娥一號探測衛星,對月球土壤中14種元素的分布及含量進行探測。月球上的主要礦物有輝石(CaMgSi2O6)和橄欖石(Mg2Fe2SiO6)等,則橄欖石中鐵為　　　　價,其氧化物形式可表示為　　　　　　　　　 ,輝石(CaMgSi2O6)　　 　　(填“難”或“易”)溶于水。
解析:(5)橄欖石中Mg是+2價,Si是+4價,O是-2價,由化合物中正、負化合價代數和為0可判斷鐵元素為+2價,將其改寫成氧化物的形式應為2MgO·2FeO·SiO2;輝石可看作硅酸鈣鹽或硅酸鎂鹽,是難溶于水的化合物。
+2
2MgO·2FeO·SiO2
難
命題解密與解題指導
情境解讀:本題以硅酸鹽和新型無機非金屬材料為背景,著重考查相關材料的性質和用途等知識。
素養立意:隨著科技的發展,在硅酸鹽材料的基礎上,一系列新型無機非金屬材料相繼問世,應學會從宏觀和微觀結合的視角,分析與解決實際問題,培養科學態度與社會責任的學科素養。
思路點撥:
(1)硅酸鹽材料:玻璃、陶瓷和水泥等,硅酸鹽能改寫成氧化物的形式。
(2)新型無機非金屬材料的特性,如人造骨骼具有生物功能。
(3)硅酸鹽的相關性質與化學方程式的書寫。
謝 謝 觀 看

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