【公開課】無機(jī)非金屬材料++課件人教版（2019）必修第二冊

第三節(jié)無機(jī)非金屬材料目標(biāo)素養(yǎng)1.能基于材料組成認(rèn)識常見傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)原料和廣泛應(yīng)用。2.能基于硅酸鹽的結(jié)構(gòu)特點認(rèn)識傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的性能。3.能基于單質(zhì)硅和二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性能特點認(rèn)識其重要應(yīng)用,進(jìn)而認(rèn)識新型無機(jī)非金屬材料的廣泛應(yīng)用。4.了解工業(yè)制備高純硅的原理,掌握二氧化硅的重要化學(xué)性質(zhì)。知識概覽一、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途1.結(jié)構(gòu):在硅酸鹽中,硅原子和氧原子構(gòu)成了硅氧

四面體

。如圖所示,四面體通過頂角的氧原子彼此相連,每個氧原子為兩

個四面體所共有。2.性質(zhì):結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。硅酸鹽的特殊結(jié)構(gòu)決定了多數(shù)硅酸鹽具有硬度

高

、熔點

高

、

難

溶于水、化學(xué)性質(zhì)

穩(wěn)定

、耐

腐蝕等特點。3.用途:性質(zhì)決定用途。硅酸鹽的性質(zhì)決定了硅酸鹽作為一類優(yōu)良的材料得到廣泛應(yīng)用。作為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料主角的三大硅酸鹽材料:水泥

、玻璃

、陶瓷

。二、三種硅酸鹽材料的對比微訓(xùn)練下列物質(zhì)中,不含有硅酸鹽的是(

)。A.玻璃

B.硅芯片C.黏土

D.普通水泥答案:B解析:玻璃是常見的硅酸鹽產(chǎn)品,普通水泥主要原料之一為黏土,黏土中含有硅酸鹽,而硅芯片中不含硅酸鹽,其含硅單質(zhì),硅是良好的半導(dǎo)體材料。三、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅。(1)存在:硅在地殼中的含量居第二位。硅的原子序數(shù)是14,原子結(jié)構(gòu)示意圖是_______________,硅元素位于元素周期表

第

三

周期第

ⅣA族;硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間,是應(yīng)用最廣泛的

半導(dǎo)體

材料。

硅在自然界主要以

硅酸鹽

和SiO2的形式存在。(2)主要應(yīng)用。

(3)高純硅的制備。

微判斷(1)硅元素在自然界中既有化合態(tài),又有游離態(tài)。(

)(2)石英、水晶、瑪瑙、光導(dǎo)纖維、沙子的主要成分都是SiO2。(

)×√2.新型陶瓷——碳化硅(SiC)。

3.碳納米材料。(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:可看成由

石墨

片層卷成的管狀物。碳納米管的比表面積大,強度高,電學(xué)性能優(yōu)良,可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、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,具有很高的強度。

一

硅酸鹽和傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料問題探究據(jù)文史記載,玻璃在人類生活中的出現(xiàn)與使用已經(jīng)有四千多年的歷史,古埃及和美索不達(dá)米亞的遺址里,都曾有小玻璃珠的出土。3000多年前,有人發(fā)現(xiàn)在火焰的作用下,礦物“天然蘇打”與沙灘上的石英砂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的晶體,就是最早的玻璃。(1)寫出蘇打和石英砂發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑。(2)上述反應(yīng)能否說明硅酸的酸性比碳酸的強?提示:不能。“強酸制弱酸”一般用于水溶液中的反應(yīng)。該反應(yīng)由SiO2生成CO2是在高溫下進(jìn)行的,不是在水溶液中進(jìn)行的。反應(yīng)能發(fā)生是因為產(chǎn)物CO2是氣態(tài),能脫離反應(yīng)體系,使反應(yīng)向生成Na2SiO3的方向進(jìn)行。重難歸納1.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料。關(guān)于玻璃成分與性質(zhì)的易錯問題。(1)制造玻璃的原料熔融后發(fā)生了復(fù)雜的物理變化和化學(xué)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。(3)氫氟酸能腐蝕玻璃,不能用玻璃瓶盛放?？捎脷浞岬窨滩ＡЩy,4HF+SiO2═SiF4↑+2H2O。2.硅酸鹽。(1)性質(zhì)。①多數(shù)硅酸鹽難溶于水,常見易溶于水的硅酸鹽有Na2SiO3、K2SiO3等。②一般硅酸鹽硬度高,耐高溫,難分解。③硅酸酸性弱,且不溶于水,所以可溶性硅酸鹽能與酸反應(yīng)。(2)硅酸鈉。①物理性質(zhì):可溶于水,水溶液俗稱“水玻璃”,黏結(jié)力強,耐高溫,可用作黏合劑和防火劑。②化學(xué)性質(zhì):能與酸反應(yīng)。Na2SiO3+2HCl═2NaCl+H2SiO3↓。Na2SiO3+CO2+H2O═Na2CO3+H2SiO3↓。特別提醒實驗室盛放堿溶液的試劑瓶不用玻璃塞是由于玻璃中含有二氧化硅,能與堿溶液反應(yīng)生成有黏性的硅酸鈉,將瓶口和瓶塞黏在一起。盛堿液的試劑瓶一般用橡膠塞。典例剖析【例1】研究發(fā)現(xiàn)青花瓷瓶身上的圖案所用顏料的成分大多為硅酸鹽,如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2O6)。下列說法不正確的是(

)。A.硅酸銅鋇是一種硅酸鹽B.硅酸銅鋇性質(zhì)穩(wěn)定,不易脫色C.水晶、瑪瑙的主要成分也是硅酸鹽D.制造陶瓷的原料也可用于制造水泥答案:C解析:硅酸銅鋇屬于硅酸鹽,A項正確;難溶于水的BaCuSi2O6中銅元素的化合價為+2價,Cu2+不易被還原,所以性質(zhì)穩(wěn)定,不容易褪色,B項正確;水晶、瑪瑙的主要成分是二氧化硅,屬于氧化物,不屬于硅酸鹽,C項錯誤;制造水泥的原料為黏土和石灰石,制造陶瓷的原料為黏土,因此制造陶瓷的原料也可用于制造水泥,D項正確。學(xué)以致用1.唐三彩、秦兵馬俑制品的主要材料在成分上屬于(

)。A.氧化鋁 B.二氧化硅C.硅酸鹽 D.合金答案:C解析:唐三彩、秦兵馬俑制品由黏土經(jīng)高溫灼燒而成,屬于硅酸鹽產(chǎn)品。2.下列說法正確的是(

)。A.制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石B.普通玻璃是電的絕緣體,這種透明的固體物質(zhì)熔點很低C.等物質(zhì)的量的SiO2與CaCO3在高溫下充分煅燒,殘留物質(zhì)為混合物D.石英玻璃能經(jīng)受溫度劇變且能抵抗酸堿的腐蝕答案:A二

硅、二氧化硅、新型無機(jī)非金屬材料問題探究石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的六邊形二維碳納米材料,具有超高硬度、強度和導(dǎo)熱系數(shù)等特性。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度,就會產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。(1)石墨烯與碳單質(zhì)是什么關(guān)系?其獨特的優(yōu)異性能可以應(yīng)用在哪些領(lǐng)域?提示:同素異形體。石墨烯在光電器件、電池和復(fù)合材料領(lǐng)域有廣泛用途。(2)工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅,能否據(jù)此說明碳的還原性強于硅的還原性?提示:不能。該反應(yīng)為2C+SiO2Si+2CO↑,比較物質(zhì)氧化性、還原性的強弱,必須是在通常情況下發(fā)生的反應(yīng),上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的,且生成CO氣體,能脫離反應(yīng)體系,故不能比較還原性的強弱。重難歸納1.硅的特殊性質(zhì)。(1)一般情況下,非金屬單質(zhì)熔、沸點低,硬度小,但晶體硅熔、沸點高,硬度大;非金屬單質(zhì)一般不導(dǎo)電,但Si為半導(dǎo)體,有一定的導(dǎo)電能力。(2)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸作用,但Si卻能與HF作用:Si+4HF═SiF4↑+2H2↑。(3)Si的還原性強于C,但C卻能在高溫下還原出Si:SiO2+2CSi+2CO↑。2.二氧化硅的特性。(1)SiO2是一種酸性氧化物,但它不溶于水,不能直接用它與水反應(yīng)來制取H2SiO3。(2)非金屬氧化物的熔、沸點一般較低,但SiO2的卻很高。(3)酸性氧化物一般不與酸作用,但SiO2能與HF作用:SiO2+4HF═SiF4↑+2H2O。(4)H2CO3的酸性強于H2SiO3,所以有Na2SiO3+CO2+H2O═H2SiO3↓+Na2CO3,但在高溫下Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑也能發(fā)生。典例剖析【例2】根據(jù)不同部位工作條件的不同,我國的高超聲速飛行器使用了多種防熱材料。例如,機(jī)身表面使用高溫陶瓷材料。下列對新型陶瓷材料的有關(guān)敘述中,錯誤的是(

)。A.高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料,可以作為高級耐火材料B.氧化鋁陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料,它是生物陶瓷的一種C.氮化硅陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料,可用于制造陶瓷發(fā)動機(jī)的受熱面D.新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點,但是強度比較差答案:D解析:新型無機(jī)非金屬材料具有耐高溫、耐沖擊、電學(xué)特性、光學(xué)特性、生物功能等優(yōu)點,克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點,具有較高的強度和耐磨性,能抵抗冷熱沖擊,D項錯誤。學(xué)以致用3.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列說法不正確的是(

)。A.二氧化硅是一種熔點高、硬度大的非金屬氧化物B.二氧化硅為酸性氧化物,能與水反應(yīng)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.氫氟酸能與SiO2反應(yīng),不能用玻璃瓶盛放氫氟酸答案:B解析:二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的數(shù)目比形成的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體,是熔點高、硬度大的固體;二氧化硅是一種不溶于水的酸性氧化物,與水不反應(yīng);磨口玻璃塞中的二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應(yīng),生成具有黏性的硅酸鈉,容易使玻璃塞與瓶口黏結(jié)在一起;氫氟酸能腐蝕玻璃,不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸,常用塑料瓶盛裝氫氟酸。1.下列關(guān)于碳和硅的敘述中,不正確的是(

)。A.氧化物都能與堿溶液反應(yīng)B.單質(zhì)在加熱時都能與氧氣反應(yīng)C.碳和硅兩種元素都有能導(dǎo)電的單質(zhì)D.常溫下,碳和硅的單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)都不活潑答案:A解析:碳的氧化物有CO和CO2,CO不能與堿溶液反應(yīng)。2.下列說法中正確的是(

)。A.SiO2溶于水顯酸性B.SiO2是石英砂的主要成分,可用于制取粗硅C.光導(dǎo)纖維導(dǎo)電能力很強,是一種很好的通信材料D.SiO2是一種酸性氧化物,它可以與NaOH溶液反應(yīng),但不與任何酸反應(yīng)答案:B解析:SiO2不溶于水也不與水反應(yīng),A項錯誤;B項正確;光導(dǎo)纖維不導(dǎo)電,C項錯誤;SiO2是酸性氧化物,能與強堿反應(yīng),能與氫氟酸反應(yīng),D項錯誤。答案:D解析:BaCO3沉淀在酸性環(huán)境中不易生成,即CO2與Ba(NO3)2溶液不能反應(yīng)生成BaCO3沉淀。4.露置于空氣中一段時間后的水玻璃會變渾濁。向此渾濁液體中加入稀鹽酸,會生成白色膠狀