2020_2021学年新教材高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素3.2新型无机非金属材料教案新人教版必修2

1、第2课时新型无机非金属材料 课前自主预习 一、硅1物理性质晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。2化学性质(1)稳定性：常温下硅的化学性质不活泼，只能与氟气(f2)、氢氟酸(hf)和强碱溶液反应。化学方程式分别为：si2f2=sif4，si4hf=sif42h2，si2naohh2o=na2sio32h2。(2)还原性：在加热条件下，硅能与一些非金属单质发生反应：si2cl2sicl4，sio2sio2，sicsic。3工业制法(1)制粗硅：sio22csi(粗)2co；(2)粗硅提纯：si3hclsihcl3h2，si

2、hcl3h2si3hcl。4用途(1)用做半导体材料，制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件。(2)制合金，如含硅4%的钢可制成变压器的铁芯，含硅15%的钢可制造耐酸设备等。(3)制造光电池，将光能直接转换为电能。二、二氧化硅1硅元素的存在(1)存在在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧；主要以氧化物及硅酸盐的形式存在，因为硅是一种亲氧元素。(2)原子结构硅原子的原子结构示意图最外层有4个电子，反应中既不易失去电子也不易得到电子，能形成4价的化合物。2二氧化硅(1)存在sio2的存在形态有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。(2)结构sio2晶体是由si和o按原子数

3、之比为12的比例组成的立体网状结构的晶体。每个硅原子周围结合4个o原子，每个o周围结合2个si原子。(3)物理性质熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。(4)化学性质 (5)用途沙子是基本的建筑材料。纯净的sio2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。石英和玛瑙制作饰物和工艺品。实验室中使用石英坩埚。三、新型陶瓷和碳纳米材料1新型陶瓷(1)新型陶瓷在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。(2)碳化硅(如sic)俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，可作耐高温结构材料，耐高温半

4、导体材料等。2碳纳米材料(1)碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源信息、医药等领域有着广阔的应用前景。(2)富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的c60是富勒烯的代表物。3碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器。4石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低，热导率高。石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。 课堂互动探究 硅的制备方法1工业制备纯硅的基本流程及方程式： (1)sio22csi(粗)2c

5、o(2)si(粗)2cl2sicl4，si(粗)3hclsihcl3h2(3)sicl42h2si(纯)4hcl，sihcl3h2si(纯)3hcl。2实验室制硅：(1)将细砂(sio2)和镁粉混合加热，制得粗硅：sio22mg2mgosi(粗)；(2)制得的粗硅中往往含有镁、氧化镁，可以用盐酸除去：mg2hcl=mgcl2h2，mgo2hcl=mgcl2h2o；(3)过滤，滤渣即为纯硅。 二氧化硅与二氧化碳的比较 硅及其化合物的特殊性质 典例题组训练 题组一粗硅的制备和提纯1硅单质及其化合物应用范围广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯度硅。三氯硅烷(sihcl3，可燃)还

6、原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程如图所示：由纯sihcl3制备高纯硅的化学方程式为sihcl3h2si(纯)3hcl。整个制备过程中必须严格控制无水无氧。sihcl3遇h2o剧烈反应生成h2sio3、hcl和另一种物质，写出发生反应的化学方程式sihcl33h2o=h2sio3(胶体)3hclh2。h2还原sihcl3过程中若混入o2，可能造成的后果是o2与sihcl3、h2混合引起爆炸。(2)光伏产业需二氧化硅作为原料生成晶体硅，下列说法正确的是c(填字母)。a利用二氧化硅可开发导电材料b芯片的主要成分是二氧化硅c二氧化硅与氧化钙的反应产物为玻璃的主要成分之一d二氧化硅能与水反应生成

7、硅酸解析：(1)反应物为sihcl3、h2，生成物为si(纯)、hcl：sihcl3h2si(纯)3hcl。sihcl3和h2o发生氧化还原反应生成h2：sihcl33h2o=h2sio3(胶体)3hclh2。因sihcl3、h2在o2中都能燃烧，所以混有o2时可能引起爆炸。(2)sio2不导电，不可能利用sio2开发导电材料；芯片的主要成分是晶体硅；sio2与cao在高温下发生反应生成casio3，casio3为玻璃的主要成分之一；sio2不溶于水，也不与h2o反应。题组二硅、二氧化硅2(双选)下列关于硅的说法错误的是(cd)a硅是非金属，但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体b硅的导电性能介

8、于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料c硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应d当加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气、稀h2so4等反应解析：硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体，a项正确；硅是良好的半导体材料，b项正确；硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应，c项错误；在加热时，硅与氧气、氯气等反应，但不能与稀硫酸反应，d项错误。3下列说法正确的是(d)a硅的氧化物及硅酸盐是构成地壳的主要物质，硅是地壳中含量最多的非金属元素b硅和碳都是不活泼非金属，在自然界中大多以游离态的形式存在c碳和硅为同主族元素，所以它们的单质、氧化物均有相似的组成和结构d硅是构成岩石及矿物的基本元素解析：地壳中含量最多的

9、非金属元素是氧元素，a项错误；自然界中不存在游离态的硅，b项错误；co2与sio2的组成结构不同，c项错误。4(双选)下列关于二氧化硅的叙述不正确的是(cd)a导电性很差b能与强碱反应，但不能与水反应csio2的物理性质与co2的类似d既不是酸性氧化物，也不是碱性氧化物解析：sio2与co2的物理性质差异很大；虽然sio2不能与水反应生成酸，但它仍然是酸性氧化物，是h2sio3的酸酐。5下列说法不正确的是(c)asio2不溶于水，也不能跟水反应生成硅酸b将co2通入na2sio3溶液中可制得硅酸csio2是酸性氧化物，它不溶于任何酸dsio2晶体中不存在单个的sio2分子解析：sio2不溶于水

10、，也不能与水反应生成h2sio3，h2sio3是利用可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的；sio2虽然是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：sio24hf=sif42h2o，氢氟酸用于刻蚀玻璃就是利用了sio2的这一性质；sio2晶体是一种空间立体网状结构的晶体，不存在单个的sio2分子。6硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。请回答下列问题：(1)下列物质不属于硅酸盐的是d(填标号)。a陶瓷 b玻璃c水泥 d生石灰(2)sio2是玻璃的主要成分之一，sio2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为sio22naoh=na2sio3h2o，工艺师常用氢氟酸(填物质名称)来雕

11、刻玻璃。(3)用na2sio3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明na2sio3可用作阻燃剂，na2sio3可通过sio2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是d(填标号)。a普通玻璃坩埚 b石英玻璃坩埚c氧化铝坩埚 d铁坩埚(4)工业上常用2csio2si2co制备硅单质，该反应中有元素化合价升高的物质是c(填化学式，下同)，氧化剂是sio2。解析：(1)陶瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐，生石灰是氧化钙，不属于硅酸盐。(2)二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，化学方程式为sio22naoh=na2sio3h2o；氢氟酸能够与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可用来雕刻玻璃。(3)硅

12、酸钠不能燃烧，可以用作阻燃剂；普通玻璃坩埚、石英坩埚都含有二氧化硅，能够与纯碱发生反应，氧化铝与纯碱也能够发生反应，所以高温熔融纯碱时应选用铁坩埚。(4)该反应中sio2作氧化剂，c作还原剂。(1)要清楚含硅材料的成分是硅单质、二氧化硅还是硅酸盐。如：硅计算机芯片、太阳能电池(光电池)等二氧化硅水晶镜片、玛瑙饰物、光导纤维等硅酸盐陶瓷、水泥、玻璃等(2)熔融烧碱、纯碱等固体时，不能选用瓷坩埚，因为陶瓷中含sio2，会与naoh、na2co3发生反应。同理，也不能用玻璃坩埚、石英坩埚等，但可以使用铁坩埚。题组三新型无机非金属材料7(双选)碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法

13、中正确的是(bc)a12c、13c、14c、c60、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途广泛b用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用c石墨烯和碳纤维都是新型无机非金属材料d碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新型储氢材料解析：a项，12c、13c、14c都是碳元素的三种核素，不是同素异形体，a错误。b项，co2合成可降解的聚碳酸酯塑料，所以能实现碳的循环利用，故b正确。c项，石墨烯、碳纤维都是碳的同素异形体，是无机非金属材料，故c正确。d项，碳纳米管是碳的同素异形体，是无机非金属材料，不是有机合成纤维，故d错误，故选b、c。8平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队

14、用石墨烯制作了20 时能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法不正确的是(a)a石墨烯是能导热的金属材料b铝合金是密度较低的金属材料c碳纤维是耐低温的无机非金属材料d新型材料种类多、用途广解析：a项，石墨烯是碳的一种单质，属于无机非金属材料，故a错误；b项，铝合金的密度小，硬度大，属于金属材料，故b正确；c项，碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，属于无机非金属材料，故c正确。d项，人们依据生产生活的需要研制出很多种用途不同的新型材料，如功能新型材料，新的合金材料等，故d正确，故选

15、a。 核心素养 新型无机非金属材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉【例1】(双选)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法错误的是()a二氧化硅是将太阳能转换为电能的常用材料b氮化硅陶瓷能承受高温、高压，所以用于制造汽轮机叶片、轴承等c碳化硅硬度大、又称“金刚砂”用于制作砂纸、砂轮d二氧化硅为立体网状结构其中硅原子与硅氧键数目比为12【解析】硅单质是将太阳能转换为电能的常用材料，a错误；二氧化硅是由硅氧原子通过共价键形成的立体网状结构，每个硅原子连结四个氧原子，每个氧原子连结两个硅原子，所