高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料教课课件ppt

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1.能基于材料组成认识常见传统无机非金属材料的生产原料和广泛应用。2.能基于硅酸盐的结构特点认识传统无机非金属材料的性能。3.能基于单质硅和二氧化硅的结构与性能特点认识其重要应用,进而认识新型无机非金属材料的广泛应用。4.了解工业制备高纯硅的原理,掌握二氧化硅的重要化学性质。
一、硅酸盐的结构、性质、用途1.结构:在硅酸盐中,硅原子和氧原子构成了硅氧 四面体 。如图所示,四面体通过顶角的氧原子彼此相连,每个氧原子为两 个四面体所共有。
2.性质:结构决定性质。硅酸盐的特殊结构决定了多数硅酸盐具有硬度 高 、熔点 高 、 难 溶于水、化学性质 稳定 、耐 腐蚀等特点。3.用途:性质决定用途。硅酸盐的性质决定了硅酸盐作为一类优良的材料得到广泛应用。作为传统无机非金属材料主角的三大硅酸盐材料: 水泥 、玻璃 、陶瓷 。
二、三种硅酸盐材料的对比
微训练下列物质中,不含有硅酸盐的是(　　)。A.玻璃B.硅芯片C.黏土D.普通水泥答案:B解析:玻璃是常见的硅酸盐产品,普通水泥主要原料之一为黏土,黏土中含有硅酸盐,而硅芯片中不含硅酸盐,其含硅单质,硅是良好的半导体材料。
三、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅。(1)存在:硅在地壳中的含量居第二位。硅的原子序数是14,原子结构示意图是_______________,硅元素位于元素周期表　第 三 周期第 ⅣA 族;硅单质的导电性介于导体与绝缘体之间,是应用最广泛的　半导体　材料。 硅在自然界主要以 硅酸盐 和SiO2的形式存在。
(3)高纯硅的制备。
微判断(1)硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。(　　)(2)石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分都是SiO2。(　　)
2.新型陶瓷——碳化硅(SiC)。
3.碳纳米材料。(1)富勒烯:由　碳原子　构成的一系列笼形分子的总称,其代表物为C60。 (2)碳纳米管:可看成由 石墨 片层卷成的管状物。碳纳米管的比表面积大,强度高,电学性能优良,可用于生产复合材料、电池和传感器等。(3)石墨烯:只有　一个碳原子　直径厚度的单层石墨,其电阻率低、热导率高,具有很高的强度。 
一 硅酸盐和传统无机非金属材料
问题探究据文史记载,玻璃在人类生活中的出现与使用已经有四千多年的历史,古埃及和美索不达米亚的遗址里,都曾有小玻璃珠的出土。3 000多年前,有人发现在火焰的作用下,矿物“天然苏打”与沙滩上的石英砂发生化学反应产生的晶体,就是最早的玻璃。
(1)写出苏打和石英砂发生反应的化学方程式。
(2)上述反应能否说明硅酸的酸性比碳酸的强?提示:不能。“强酸制弱酸”一般用于水溶液中的反应。该反应由SiO2生成CO2是在高温下进行的,不是在水溶液中进行的。反应能发生是因为产物CO2是气态,能脱离反应体系,使反应向生成Na2SiO3的方向进行。
重难归纳1.传统无机非金属材料。关于玻璃成分与性质的易错问题。(1)制造玻璃的原料熔融后发生了复杂的物理变化和化学变化。制得的玻璃是混合物,没有固定的熔点。(2)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分完全相同。(3)氢氟酸能腐蚀玻璃,不能用玻璃瓶盛放。可用氢氟酸雕刻玻璃花纹,4HF+SiO2═SiF4↑+2H2O。
2.硅酸盐。(1)性质。①多数硅酸盐难溶于水,常见易溶于水的硅酸盐有Na2SiO3、K2SiO3等。②一般硅酸盐硬度高,耐高温,难分解。③硅酸酸性弱,且不溶于水,所以可溶性硅酸盐能与酸反应。
(2)硅酸钠。①物理性质:可溶于水,水溶液俗称“水玻璃”,黏结力强,耐高温,可用作黏合剂和防火剂。②化学性质:能与酸反应。Na2SiO3+2HCl═2NaCl+H2SiO3↓。Na2SiO3+CO2+H2O═Na2CO3+H2SiO3↓。
特别提醒实验室盛放碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞是由于玻璃中含有二氧化硅,能与碱溶液反应生成有黏性的硅酸钠,将瓶口和瓶塞黏在一起。盛碱液的试剂瓶一般用橡胶塞。
典例剖析【例1】研究发现青花瓷瓶身上的图案所用颜料的成分大多为硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O6)。下列说法不正确的是(　　)。A.硅酸铜钡是一种硅酸盐B.硅酸铜钡性质稳定,不易脱色C.水晶、玛瑙的主要成分也是硅酸盐D.制造陶瓷的原料也可用于制造水泥答案:C
解析:硅酸铜钡属于硅酸盐,A项正确;难溶于水的BaCuSi2O6中铜元素的化合价为+2价,Cu2+不易被还原,所以性质稳定,不容易褪色,B项正确;水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅,属于氧化物,不属于硅酸盐,C项错误;制造水泥的原料为黏土和石灰石,制造陶瓷的原料为黏土,因此制造陶瓷的原料也可用于制造水泥,D项正确。
学以致用1.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于(　　)。A.氧化铝B.二氧化硅C.硅酸盐D.合金答案:C解析:唐三彩、秦兵马俑制品由黏土经高温灼烧而成,属于硅酸盐产品。
2.下列说法正确的是(　　)。A.制取水泥和玻璃的原料中均有石灰石B.普通玻璃是电的绝缘体,这种透明的固体物质熔点很低C.等物质的量的SiO2与CaCO3在高温下充分煅烧,残留物质为混合物D.石英玻璃能经受温度剧变且能抵抗酸碱的腐蚀答案:A
二 硅、二氧化硅、新型无机非金属材料
问题探究石墨烯是一种由碳原子构成的六边形二维碳纳米材料,具有超高硬度、强度和导热系数等特性。研究发现当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度,就会产生神奇的超导效应。
(1)石墨烯与碳单质是什么关系?其独特的优异性能可以应用在哪些领域?提示:同素异形体。石墨烯在光电器件、电池和复合材料领域有广泛用途。
(2)工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅,能否据此说明碳的还原性强于硅的还原性?
典例剖析【例2】根据不同部位工作条件的不同,我国的高超声速飞行器使用了多种防热材料。例如,机身表面使用高温陶瓷材料。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中,错误的是(　　)。A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,可以作为高级耐火材料B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,它是生物陶瓷的一种C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,可用于制造陶瓷发动机的受热面D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点,但是强度比较差
解析:新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点,克服了传统无机非金属材料的缺点,具有较高的强度和耐磨性,能抵抗冷热冲击,D项错误。
学以致用3.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是(　　)。A.二氧化硅是一种熔点高、硬度大的非金属氧化物B.二氧化硅为酸性氧化物,能与水反应生成硅酸C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液D.氢氟酸能与SiO2反应,不能用玻璃瓶盛放氢氟酸答案:B
解析:二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体,是熔点高、硬度大的固体;二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物,与水不反应;磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应,生成具有黏性的硅酸钠,容易使玻璃塞与瓶口黏结在一起;氢氟酸能腐蚀玻璃,不能用玻璃瓶盛装氢氟酸,常用塑料瓶盛装氢氟酸。
1.下列关于碳和硅的叙述中,不正确的是(　　)。A.氧化物都能与碱溶液反应B.单质在加热时都能与氧气反应C.碳和硅两种元素都有能导电的单质D.常温下,碳和硅的单质化学性质都不活泼答案:A解析:碳的氧化物有CO和CO2,CO不能与碱溶液反应。
2.下列说法中正确的是(　　)。A.SiO2溶于水显酸性B.SiO2是石英砂的主要成分,可用于制取粗硅C.光导纤维导电能力很强,是一种很好的通信材料D.SiO2是一种酸性氧化物,它可以与NaOH溶液反应,但不与任何酸反应答案:B
解析:SiO2不溶于水也不与水反应,A项错误;B项正确;光导纤维不导电,C项错误;SiO2是酸性氧化物,能与强碱反应,能与氢氟酸反应,D项错误。
答案:D解析:BaCO3沉淀在酸性环境中不易生成,即CO2与Ba(NO3)2溶液不能反应生成BaCO3沉淀。