2024版新教材高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料课件新人教版必修第二册

第三节无机非金属材料素养要求1.结合实例认识无机非金属材料的组成、性能与应用之间的联系。2．结合真实情境中的应用实例，了解硅酸盐、硅和二氧化硅的主要性质。3．通过新型无机非金属材料的学习，认识新型无机非金属材料在生产中的应用。知识基础·自学·尝试核心素养·合作·探究知识基础·自学·尝试一、硅酸盐材料1．硅酸盐的组成和性质从组成上看，无机非金属材料多含有____、___等元素，具有____________________等特点，以及特殊的光学、电学等性能。硅氧耐高温、抗腐蚀、硬度高特别提示

硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。硅氧四面体的结构示意图2．三种常见的硅酸盐产品——传统无机非金属材料产品主要原料主要设备主要成分用途陶瓷_____(主要成分为含水的________)—

________建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等玻璃________、________、________玻璃窑________、________、________建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥________、________水泥回转窑________建筑材料、水利工程黏土铝硅酸盐硅酸盐纯碱石灰石石英砂Na2SiO3

CaSiO3SiO2石灰石黏土硅酸盐【学而思】根据制备玻璃的原料(纯碱、石灰石、石英砂)和玻璃的成分(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)，写出制备玻璃的化学方程式。纯碱＋石英→Na2SiO3：_____________________________________。石灰石＋石英→CaSiO3：_____________________________________。

二、新型无机非金属材料1．硅(1)硅的存在、结构、应用单质硅是应用最为广泛的________材料。二氧化物和硅酸盐三ⅣA半导体(2)高纯硅的制备其中涉及的主要化学反应为①__________________________________________________②__________________________________________________③__________________________________________________

2SiF44SiF4↑＋2H2↑Na2SiO3＋2H2↑SiO2硅芯片硅太阳能电池2．二氧化硅(1)存在水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分是________。石英SiO2(2)结构SiO2晶体是____空间网状结构，每个Si结合____个O，每个O结合____个Si，N(Si)∶N(O)＝____

二氧化硅晶体的结构模型图立体421∶2(3)物理性质(4)化学性质(5)用途建筑材料、____纤维(主要成分____)、______坩埚、饰物和工艺品。熔点硬度溶解性____________于水高大不溶SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O光导SiO2石英3．新型陶瓷SiC金刚砂共价金刚石大高温抗氧化4．碳纳米材料碳纳米材料在能源、________、医药等领域有着广阔的前景。信息单层石墨复合复合传感器C60

提示：不能。硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。2．写出下列物质主要化学成分的化学式或名称。(1)刚玉：________；(2)石英钟：______；(3)硅太阳能电池：___；(4)水晶镜片：______；(5)门窗玻璃：_______；

Al2O3SiO2

SiSiO2硅酸盐[即时练]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)硅元素在自然界中既有化合态，又有游离态。(

)(2)SiO2是酸性氧化物，与任何酸都不能发生反应。(

)(3)利用石英坩锅可熔融NaOH固体。(

)(4)SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的。(

)(5)光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”。(

)(6)硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质。(

)(7)普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石。(

)(8)光电池可以将光能直接转化为电能。(

)××××√√√√2．我国古代在材料方面取得了突出的成就。下列材料主要成分不是硅酸盐的是(

)A．陶俑

B．琉璃瓦C．汉白玉D．青花瓷答案：C3．陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均产自中国陶瓷之乡，下列说法错误的是(

)A.陶瓷、玻璃和水泥均属于无机非金属材料B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分为Fe2O3C．陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等D．陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制而成的解析：水泥、玻璃、陶瓷均属于无机非金属材料，故A正确；Fe2O3是红棕色物质，而陶瓷版“冰墩墩”上为黑色涂料，故不是氧化铁，故B错误；陶瓷可用于日用的器皿、建筑材料等，故C正确；陶瓷是以黏土及天然矿物岩为原料，经加工烧制发生复杂的化学反应而制成的，故D正确。答案：B4．关于地壳中含量占第一位和第二位的元素之间形成的化合物，有关其说法正确的是(

)A．化学性质不活泼B．可溶于水且显酸性C．熔沸点较低，物理性质与CO2相似D．是酸性氧化物，不溶于任何酸答案：A5．下列关于硅、硅酸盐的说法正确的是________(填序号)。①硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫硅石。②硅的导电性介于导体与绝缘体之间。③硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应。④水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐材料。⑤高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维。解析：硅在自然界中只有化合态，没有游离态，硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，硅石的主要成分是SiO2，①不正确；②正确；硅在常温下能与F2、HF和强碱溶液反应，③不正确；水晶的成分是SiO2，④不正确；SiO2用于制光导纤维而不是硅，⑤不正确。答案：②核心素养·合作·探究目标1

硅的制法例1.高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图如下：

(1)工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中加热到1600～1800℃，除生成粗硅外，也可以生成碳化硅，则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为_____________________。

(2)在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成(SiHCl3)的化学方程式为_______________________。(3)还原炉中发生的化学反应为____________________。

提醒解答信息实验题时要特别注意以下两点(1)分析题目信息，注意实验操作或具有特殊性质的物质；(2)与已掌握的知识进行对比分析，充分利用信息进行知识迁移。

关键能力高纯硅的制备(1)工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。

(2)实验室制硅的方法①将细沙(SiO2)和镁粉混合，高温制得粗硅：SiO2＋2Mg高温2MgO＋Si(粗)；②制得的粗硅中往往含有镁、氧化镁，可以用盐酸除去：Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑、MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O；③过滤，滤渣即为纯硅。[对点练]1．现今手机等电子产品产业蓬勃发展，推动了高纯硅的生产与应用。工业上用“西门子法”以硅石(SiO2)为原料制备冶金级高纯硅的工艺流程如图所示。下列说法错误的是(

)已知：室温下SiHCl3为易挥发、易水解的无色液体。

答案：A

2．硅单质及其化合物应用范围很广。制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如图所示。(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：______________________________________________________。解析：(1)根据原子守恒即可写出SiHCl3与H2反应制备高纯硅的化学方程式。

(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。(SiHCl_(3))遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是____________。

解析：(2)根据得失电子守恒和原子守恒可知，SiHCl3和H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和H2。SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl高温下，H2遇O2发生爆炸目标2

含硅物质的性质与转化例2.A、B、C、D、E五种含硅元素的物质，相互转化关系如图所示：(1)推断A～E的化学式：A________，B________，C________，D________，E________。(2)①写出B―→A的化学方程式______________________________。②A―→C的离子方程式______________________________。Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

解析：在空气中燃烧生成D，B可能为Si，B和D都能与NaOH溶液反应生成A，则A为Na2SiO3，A和盐酸反应生成C，C为H2SiO3，H2SiO3受热分解又生成SiO2，证明B为Si，E为CaSiO3。特别提示

硅及其化合物转化关系题中的突破口(1)硅、二氧化硅的结构：如硅与金刚石结构相似。(2)硅、二氧化硅的物理性质：如硬度大，熔、沸点高。(3)特征性质：①与强碱溶液反应放出H2的非金属单质是硅。②不与H2O反应、能与氢氟酸反应(或雕刻玻璃)的酸性氧化物为SiO2。③难溶于水的无机酸是H2SiO3。关键能力硅及其化合物的“价—类二维图”及相关反应的化学方程式

拓展硅酸钠(1)物理性质：可溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。“水玻璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。(2)化学性质：易与酸反应。与强酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。与CO2反应：CO2不足，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2过量，Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓。

答案：A

4．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答