高中化學(xué)第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素3無機非金屬材料第二冊化學(xué)教案

【第三節(jié)無機非金屬資料】之小船創(chuàng)作課程標(biāo)準(zhǔn)核心修養(yǎng)1.宏觀辨別與微觀探析：能說明硅酸鹽、硅、聯(lián)合實例認(rèn)識無機非金屬資料的構(gòu)成、性二氧化硅的性質(zhì)與應(yīng)用之間的關(guān)系。能與應(yīng)用之間的聯(lián)系。2.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：能說明化學(xué)科學(xué)發(fā)2.聯(lián)合真切情形中的應(yīng)用實例，認(rèn)識硅酸鹽、展在自然資源利用、資料合成、促使科學(xué)技硅、二氧化硅的主要性質(zhì)。術(shù)發(fā)展等方面的重要作用。1．硅酸鹽資料硅酸鹽的構(gòu)造、特色構(gòu)造

特色硬度高、熔點高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)固、耐腐化硅氧四周體

等硅酸鹽資料原料

制備過程

生產(chǎn)應(yīng)用建筑資料、絕緣資料、陶瓷

粘土

原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成玻璃

純堿、石灰石和石英砂

原料經(jīng)混淆、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而制得

日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑資料、光學(xué)儀器、各樣器皿、玻璃纖維等原料與其余輔料經(jīng)混淆、研磨后在水泥展轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理和

制作混凝土，用于建筑水泥

粘土、石灰石化學(xué)變化，加入適當(dāng)石膏調(diào)理水泥硬

和水利工程化速率，再磨成細(xì)粉即得新式無機非金屬資料硅和二氧化硅①主要應(yīng)用硅

半導(dǎo)體資料→硅芯片、硅太陽能電池二氧化硅

光導(dǎo)纖維②高純硅的制備波及的主要化學(xué)反響為1800～2000℃(a)SiO2＋2C=============Si＋2CO↑300℃(b)Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2(c)SiHCl1100℃3＋H2=====Si＋3HCl新式陶瓷——碳化硅(SiC)俗稱

構(gòu)造特色

主要性能

生產(chǎn)應(yīng)用金

碳原子、硅原子以共

砂紙和砂輪的磨料、硬度很大、高溫抗氧剛

價鍵連結(jié)，構(gòu)造近似

耐高溫構(gòu)造資料和耐化性能優(yōu)秀砂

金剛石

高溫半導(dǎo)體資料碳納米資料①富勒烯：由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其代表物為C60。②碳納米管：由石墨片層卷成的管狀物，擁有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的強度和優(yōu)秀的化學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合資料、電池和傳感器等。③石墨烯：只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其電阻率低、熱導(dǎo)率高，擁有很高的強度。硅和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)1．硅的化學(xué)性質(zhì)在常溫下不開朗，但能與氫氟酸反響：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。加熱條件下能與O2、Cl2等反響：Si

△＋O2=====SiO2；Si

△＋2Cl2=====SiCl

。42．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)二氧化硅是一種酸性氧化物SiO2＋2NaOH===NaSiO3＋H2O＋高溫SiO2CaO=====CaSiO3二氧化硅能與氫氟酸反響SiO2＋4HF===SiF↑＋2H2O1．硅被譽為無機非金屬資料的主角。以下產(chǎn)品的主要成分不是硅酸鹽的是( )A．光導(dǎo)纖維B．玻璃C．水泥D．陶瓷餐具分析：選A。傳統(tǒng)的硅酸鹽資料有水泥、玻璃和陶瓷，其主要成分都是硅酸鹽。光導(dǎo)纖維的化學(xué)成分是SiO2，屬于氧化物，不是硅酸鹽，所以選A。2．華僑科學(xué)家高錕因“在光學(xué)通訊領(lǐng)域中光在光導(dǎo)纖維中傳輸?shù)难芯糠矫嫠@得的創(chuàng)始性成就”獲取了諾貝爾物理學(xué)獎。光導(dǎo)纖維的主要成分是

(

)A．Si

B．SiO2C．CaSiO3

D．SiCl

4分析：選B。光導(dǎo)纖維的主要成分為SiO2。3．單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)資料，其功能遠(yuǎn)比我們想象的要大得多，這對硅的純度要求很高。用化學(xué)方法可制得高純度硅，其化學(xué)方程式為①SiO高溫＋2CO↑高溫422③SiCl高溫4＋2H2=====Si＋4HCl以下對上述三個反響的表達中，錯誤的選項是( )A．①③為置換反響B(tài)．②為化合反響C．①②③均為氧化復(fù)原反響D．三個反響的反響物中硅元素均被復(fù)原分析：選D。①③中硅元素被復(fù)原，②中硅元素被氧化，錯誤。4．20世紀(jì)80年月后，人們發(fā)現(xiàn)和證明碳的另一類單質(zhì)，它們是由一系列偶數(shù)個碳原子構(gòu)成的分子，此中C60(足球烯，分子中含有

30個雙鍵

)

最具代表性。以下圖所示為

n

個

C60

連接而成的物質(zhì)X。以下相關(guān)說法不正確的選項是( )A．X難溶于水B．X的熔點比金剛石高C．X是碳的一種同素異形體D．X的相對分子質(zhì)量為720n分析：選B。X的熔點比金剛石低。講堂小結(jié)合格考訓(xùn)練1．硅在無機非金屬資猜中向來飾演側(cè)重要角色，被譽為無機非金屬資料的主角。以下物件的制造用到硅單質(zhì)的是( )A．玻璃制品B．石英鐘表C．計算機芯片D．光導(dǎo)纖維分析：選C。玻璃制品的制造用到硅酸鹽；石英鐘表、光導(dǎo)纖維的制造用到二氧化硅；計算機芯片的制造用到硅單質(zhì)。2．以下相關(guān)水泥的說法不正確的選項是( )A．制造水泥的主要原料是石灰石、純堿和粘土B．一般水泥的主要成分是鈣的硅酸鹽和鋁酸鹽C．水泥擁有水硬性D．混凝土指水泥、沙子和碎石的混淆物分析：選A。A項，制造水泥的原猜中沒有純堿，錯誤。項，一般水泥的主要成分是硅酸二鈣、硅酸三鈣和鋁酸三鈣等，正確。D項，混凝土的成分是水泥、沙子和碎石，正確。3．當(dāng)航天飛機返回地球大氣層時，因為與空氣的強烈摩擦，飛機尖端的溫度可達1000℃以上，為了防備高溫將其燒毀，科學(xué)家給航天飛機的相應(yīng)部位安裝了靠譜的保護層。制作保護層的資料是( )A．塑料B．玻璃C．新式陶瓷D．鎂鋁合金分析：選C。制作保護層的資料應(yīng)當(dāng)擁有硬度很大、具有優(yōu)秀的高溫抗氧化性能，只有C項切合要求。4．我國科學(xué)家合成的3nm長的管狀碳納米管，長度居世界之首。這類碳纖維擁有強度高、剛度(抵擋變形的能力)高、密度小(只有鋼的1/4)、熔點高，化學(xué)穩(wěn)固性好的特色，所以被稱為“超級纖維”。以下對碳纖維的說法中不正確的是( )A．它是制造飛機的理想資料B．它的主要構(gòu)成元素是碳元素C．它的構(gòu)造與石墨相像D．碳纖維復(fù)合資料耐高溫分析：選C。石墨的內(nèi)部構(gòu)造是層狀的，碳納米管是管狀的。5．硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答以下問題：制備硅半導(dǎo)體資料一定先獲取高純硅。三氯硅烷(SiHCl3)復(fù)原法是目前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示企圖以下：①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________。②整個制備過程一定嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反響生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)方程式：_________________________________________；H2

復(fù)原SiHCl3過程中若混入O2，可能惹起的結(jié)果是_____________________________。(2)以下相關(guān)硅資料的說法正確的選項是

________(

填字母)。A．碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)固，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥B．氮化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承C．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊資料——光導(dǎo)纖維D．一般玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點很高E．鹽酸能夠與硅反響，故采納鹽酸為拋光液拋光單晶硅分析：(1)①依據(jù)給定的反響物和生成物寫出化學(xué)方程式，注意反響條件和配平。②寫出反響物和給出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一種生成物為H2，并配平。(2)A項中水泥是硅酸鹽資料；B、C項依據(jù)硅的化合物的用途可知，兩項說法都正確；D項中玻璃是混淆物，沒有固定的熔點；E項中鹽酸和硅不反響。1100℃答案：(1)①SiHCl3＋H2=====Si＋3HClSiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑氧氣與氫氣混淆，可能惹起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3(2)BC等級性測試1．依據(jù)陶瓷的生產(chǎn)原理，能夠得出硅酸鹽工業(yè)的一般特色是( )①以含硅物質(zhì)作為原料②主要產(chǎn)物是硅酸鹽③反應(yīng)條件是高溫④反響原理是復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化A．只有①③B．只有②③C．①②③④D．只有③④分析：選C。傳統(tǒng)陶瓷多是將粘土與水的混淆物經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)制成。其生產(chǎn)過程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化和物理變化。故①②③④均正確。2．硅及其化合物在資料領(lǐng)域中應(yīng)用寬泛。以下表達中正確的選項是( )A．汽車中小擺件“蘋果花”的動力是以Si為原料制作的太陽能電池B．晶體硅主要用途是制造光導(dǎo)纖維C．硅是地殼中含量最多的元素D．硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)固，所以硅在自然界中以游離態(tài)形式存在分析：選A。晶體硅是優(yōu)秀的半導(dǎo)體資料，主要用途是制作太陽能電池、集成電路，A正確，B錯誤；氧是地殼中含量最多的元素，C錯誤；硅是親氧元素，在自然界中只以化合態(tài)形式存在，D錯誤。3．以下表達中，正確的選項是( )A．自然界中存在大批的單質(zhì)硅B．水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)開朗，能跟酸或堿溶液發(fā)生化學(xué)反響D．自然界中硅元素都存在于石英中分析：選B。自然界中硅元素含量很高，但都以化合態(tài)形式存在，A項錯誤；二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)固，其為酸性氧化物，能夠和堿溶液反響，除與HF反響外，不與其余酸反響，C項錯誤；硅元素是親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在，

D項錯誤。4．以下說法正確的選項是

(

)A．硅資料寬泛應(yīng)用于光纖通訊B．工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品C．水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D．粗硅制備單晶硅不波及氧化復(fù)原反響分析：選

A。A項，光導(dǎo)纖維的主要原料是

SiO2；B項，石英

SiO2不可以和鹽酸反響，但能與氫氟酸反響；

C項，瓷盤是硅酸鹽制品，水晶的成分是SiO2，不是硅酸鹽制品；D項，300℃粗硅制單晶硅的反響為Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2，SiHCl31100℃＋H2=====Si＋3HCl，兩者均是氧化復(fù)原反響。5．中國的瓷器著名世界，傳統(tǒng)陶瓷是以粘土等天然硅酸鹽為主要原料燒成的制品。以下相關(guān)說法不正確的選項是( )A．粘土也是制備玻璃的原料之一B．傳統(tǒng)的無機非金屬資料多為硅酸鹽資料C．陶瓷資料是人類應(yīng)用最早的硅酸鹽資料D．瓷器耐酸堿腐化，可用作日用器皿、裝修用品等分析：選A。制備玻璃的原料為石灰石、純堿、石英砂。6．硅是構(gòu)成無機非金屬資料的一種主要元素，以下有關(guān)硅的化合物的表達錯誤的選項是( )A．氮化硅陶瓷是一種新式無機非金屬資料，其化學(xué)式為Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和軸承C．光導(dǎo)纖維是一種新式無機非金屬資料，其主要成分為SiO2D．硅酸鹽中硅、氧原子之間以離子鍵聯(lián)合分析：選D。硅酸鹽中硅、氧原子之間以共價鍵聯(lián)合。7．開發(fā)新資料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。以下相關(guān)資料的說法正確的選項是( )A．石墨烯是新式無機非金屬資料B．納米資料屬于膠體C．硅酸鹽資料只含有非金屬元素D．二氧化硅常用作光電變換資料分析：選A。納米資料分別到分別劑中，才能形成膠體，項不正確；硅酸鹽資料不必定只含有非金屬元素，可能含Ca、Al等金屬元素，C項不正確；硅常用作光電變換資料，項不正確。8．以下對于無機非金屬資料的說法不正確的選項是( )A．傳統(tǒng)無機非金屬資料指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽資料B．新式無機非金屬資料戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)無機非金屬資料的弊端，擁有極大的強度C．高溫構(gòu)造陶瓷資料擁有耐高溫、耐酸堿腐化、硬度大、耐磨損、密度小等長處D．傳統(tǒng)無機非金屬資料和新式無機非金屬資料的主要成分都是硅酸鹽分析：選D。新式無機非金屬資料的主要成分其實不是硅酸鹽，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，故D項錯誤。9．晶體硅是一種重要的非金屬資料，制備純硅的主要步驟以下：①高溫下用過度的碳復(fù)原二氧化硅制得粗硅，同時獲取一種可燃性氣體；②粗硅與干燥的HCl氣體反響制得SiHCl3(Si＋300℃3HCl=====SiHCl3＋H2)；SiHCl3與過度的H2在1100℃的溫度下反響制得純硅，已知SiHCl3能與水強烈反響，在空氣中易自燃。第一步制取粗硅反響的化學(xué)方程式為______________________________________________________________________________________________________________。粗硅與HCl氣體反響完全后，經(jīng)冷凝獲取的SiHCl3(沸點33.0℃)中含有少許SiCl4(沸點57.6℃)和HCl(沸點－84.7℃)，提純SiHCl3采納的方法為__________________________。實驗室用SiHCl3與過度的H2反響制取純硅裝置以下圖(加熱和夾持裝置略去)：①裝置B中的試劑是________，裝置C中的燒杯需要加熱，目的是____________________。②反響一段時間后，裝置D中察看到的現(xiàn)象是________________________________，裝置D不可以采納一般玻璃管的原由是__________________________________，裝置D中發(fā)生反響的化學(xué)方程式是____________________________________________________。③為保證制備純硅實驗的成功，操作的重點是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反響溫度以及______________________________________。分析：

(3)

①因

SiHCl

3能與水強烈反響，故裝置

A中產(chǎn)生的

H2一定干燥，所以裝置

B中的試劑為濃

H2SO4，且裝置

C中的燒杯需加熱，其目的是使SiHCl3汽化，加速其與H2的反應(yīng)速率。②石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故裝置D中有固體產(chǎn)生；由題給信息可知，制純硅的反響條件為1100℃，此溫度下一般玻璃管簡單融化。③因高溫下H2與O2反響簡單爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。高溫＋2CO↑(2)分餾(或蒸餾)答案：(1)SiO2＋2C=====Si(3)①濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化②有固體物質(zhì)生成在題給反響溫度下(1100℃)，普通玻璃管會融化1100℃SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣10．硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發(fā)由來已久，在現(xiàn)代生活中有寬泛應(yīng)用。(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時，獲取一種“金屬”。這類“金屬”可能是________。陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽資料。此中，生產(chǎn)一般玻璃的主要原料有________________。高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等家產(chǎn)都需要的基礎(chǔ)資料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路線，此中一種工藝流