《无机非金属材料》化学授课课件教案

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学习目标素养目标学法指导结合生产、生活中各种常见的无机非金属材料的应用，了解多种硅酸盐材料、新型无机非金属材料的性能和用途科学态度与社会责任1．本节内容与人们生产、生活联系密切，所以在学习时应联系实际，认识无机非金属材料的种类、性质和用途，这样能加深对这些知识的理解和应用2．对于晶体硅的制备要结合教材中的流程图和反应，认识晶体硅的制备原理掌握晶体硅的制备原理变化观念与平衡思想课前·新知导学硅酸盐材料1．无机非金属材料【答案】硅氧高温腐蚀高2．传统无机非金属材料多为硅酸盐材料(1)硅酸盐的结构与性能。硅酸盐的结构性质

Si和O构成了硅氧________多数具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质____________、____________等特点四面体稳定耐腐蚀(或耐高温)

(2)三种常见硅酸盐产品。硅酸盐产品原料主要设备或生产条件应用陶瓷______(主要成分为含水的______)高温烧结用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等黏土铝硅酸盐硅酸盐产品原料主要设备或生产条件应用玻璃(主要成分：______、________和______)______、________和______在________中熔融，发生复杂的______和______变化而制得用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等水泥______、______、石膏(调节水泥的________)_________________水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到________，大量用于建筑和水利工程Na2SiO3

CaSiO3

SiO2

纯碱石灰石石英砂玻璃窑物理化学黏土石灰石硬化速率水泥回转窑混凝土(3)特种玻璃。在玻璃中加入的元素或物质玻璃特性用途铅光学玻璃：______________，折射率______制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜硼酸盐耐__________、耐温度__________制造可用于实验室使用的玻璃仪器金属氧化物或盐彩色玻璃用于______________透光性好高化学腐蚀急剧变化建筑和装饰生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生产过程中发生了怎样的反应？试写出反应的化学方程式。微思考

1．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是 (

)①以含硅物质作为原料②主要产物是硅酸盐③反应条件是高温④反应原理是复杂的物理变化和化学变化A．只有①③ B．只有②③C．①②③④ D．只有③④【答案】C【解析】传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成，其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故①②③④均正确。2．制取下列物质不需要用石灰石作原料的是 (

)A．硅酸 B．水泥C．玻璃 D．生石灰【答案】A【解析】硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。新型无机非金属材料1．硅和二氧化硅(1)单质硅的性质。硅单质的导电性介于________________之间，是应用最为广泛的________材料。(2)自然界中的硅元素：主要以________(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如______和________)的形式存在。导体和绝缘体半导体

硅酸盐水晶玛瑙

(3)晶体硅的制备。

写出化学方程式：①_______________________________________。②_____________________________。③_________________________________。(4)硅和二氧化硅的用途。①高纯硅：________、________________等。②二氧化硅晶体：生产___________。制芯片硅太阳能电池光导纤维

2．新型陶瓷(1)碳化硅(SiC)。俗称结构特点主要性能用途______碳原子、硅原子以________连接，结构类似________硬度很大、优异的高温抗_________性能砂纸和砂轮的______、耐高温结构材料和耐高温________材料金刚砂共价键金刚石氧化磨料半导体(2)新型陶瓷。名称原料或成分优良性能用途高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成耐高温、抗氧化、耐磨蚀等可用于______________、汽车发动机和高温电极材料等压电陶瓷主要有__________和________等能实现机械能与______的相互转化可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等火箭发动机钛酸盐锆酸盐电能名称原料或成分优良性能用途透明陶瓷主要有__________、________等氧化物透明陶瓷和_________、_________等非氧化物透明陶瓷具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好可用于__________、激光器和高温探测窗等超导陶瓷—在某一临界温度下电阻为______，具有___________性可用于电力、交通、医疗等领域氧化铝氧化钇氮化铝氟化钙高压钠灯零超导3．碳纳米材料名称组成性能应用或用途富勒烯由碳原子构成的一系列______分子的总称，其中C60

是富勒烯的代表物—C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料的研究和应用的新时代，如用C60作车轮的“__________”笼形纳米汽车名称组成性能应用或用途碳纳米管可看成由_________卷成的________，具有__________的直径碳纳米管的比表面积大，有相当高的__________和优良的________性能可用于生产__________、______和________等石墨烯是只有___________直径厚度的__________电阻率____、热导率____，具有______的强度可用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面，如使用了石墨烯材料的__________和__________等石墨片层管状物纳米尺度强度电学复合材料一个碳原子单层石墨低高很高动力电池超轻海绵电池传感器(1)利用石英坩埚能否熔融NaOH固体？【答案】不能。因石英坩埚中的SiO2会与NaOH在加热条件下发生反应。(2)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分是否都是碳单质？【答案】是。微思考

1．下列有关新型无机非金属材料的说法正确的是

(

)A．高纯硅可用于制造光导纤维B．高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池C．碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等D．金刚石、石墨烯、C60等都属于碳纳米材料【答案】C【解析】高纯硅可用于制造太阳能电池，A错误；高纯二氧化硅可用于制造光导纤维，B错误；金刚石不属于碳纳米材料，D错误。2．下列物质中，属于新型无机非金属材料的是 (

)A．有色玻璃 B．碳化硅陶瓷C．石英玻璃 D．钢化玻璃【答案】B【解析】有色玻璃、钢化玻璃主要成分与普通玻璃相同，属于传统无机非金属材料；石英玻璃属于传统无机非金属材料。课堂·重难探究在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。制备纯硅的主要步骤如下：①在1800～2000℃温度下用碳还原二氧化硅制得粗硅；[典例精练]请回答下列问题：(1)第①步制备粗硅反应的化学方程式为___________________。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________。(3)从基本反应类型角度分类，步骤③中发生的反应属于________。(4)为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。A．氯水 B．NaOH溶液C．KSCN溶液 D．Na2SO3溶液(2)硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是一种防腐剂、防火剂和矿物胶。某同学为了证明Na2SiO3具有防火性能，做如下实验：取两个相同的小木条，分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干(不再滴液)后，同时分别放置在酒精灯外焰处。观察到的现象如下表：设计实验①的目的是____________________________________。编号实验现象①放入蒸馏水木条燃烧②放入Na2SiO3饱和溶液木条不燃烧(3)SiHCl3与过量的H2在1100℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如下图所示(加热和夹持装置略去)：①装置B中的试剂是________，装置C中的烧杯需要加热，目的是_____________________________________________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是____________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是______________________________，装置D中发生反应的化学方程式是_________________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及____________________________________。【解析】(3)①因为SiHCl3能与水剧烈反应，故装置A中产生的H2必须干燥，因此装置B中的试剂为浓H2SO4，且装置C中的烧杯需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快其与H2的反应速率。②石英管中产生的物质应为硅，故装置D中有固体产生；由题给信息可知，制纯硅的反应条件为1100℃，此温度下普通玻璃管容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸，故还应排尽装置中的空气。[课堂小结]小练·素养达成1．(2021·广东学业水平改编)下列文物的主要材质属于非金属材料的是 (

)A．铜奔马(马踏飞燕) B．良渚玉琮C．曾侯乙编钟 D．铜屏风构件【答案】B2．(2022·陕西渭南期末)2021年，我国具有独立知识产权的“龙芯”19岁了。下列关于硅单质及其化合物的叙述正确的是 (

)A．陶瓷是人类应用最早的硅酸盐材料B．利用二氧化硅的半导体性能制成光电池C．硅的化学性质稳定，不与任何物质反应D．晶体硅是具有金属光泽的灰黑色金属【答案】A【解析】陶瓷是人类应用最早的硅酸盐材料，A正确；硅是半导体材料，二氧化硅常被用来制造光导纤维，B错误；硅与氟化氢反应生成四氟化硅，C错误；晶体硅是一种有金属光泽的灰黑色的固体，是非金属，D错误。3．新型无机非金属材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温下进行，在合成工艺中必须注意 (

)A．通入充足的氧气 B．可在空气中进行C．可在氮气氛围中合成 D．通入少量氧气【答案】C【解析】合成这些无机非金属材料的过程中应杜绝氧气的存在，否则会生成相应的氧化物。下列对上述三个反应的叙述中，错误的是 (

)A．①③为置换反应B．②为化合反应C．①②③均为氧化还原反应D．三个反应的反应物中硅元素均被还原【答案】D【解析】①③中硅元素被还原，②中硅元素被氧化，D错误。5．下列有关硅的化合物说法正确的是 (

)A．SiO2与CO2相似，由一个硅原子和两个氧原子构成一个SiO2分子B．硅酸盐一般不溶