第4章 第3节 无机非金属材料-【名师导航】2025年高考化学一轮总复习课件（人教版）

第四章　化工生产 中的重要非金属元素 第三节　无机非金属材料 ·考试要求· 1．根据对硅及其化合物性质及用途的学习，从物质微观层面理解其组成、结构、性质和变化。 2．具有探索未知的意识和严谨求实的科学态度；肯定硅单质、二氧化硅对社会发展的重大贡献。 回顾基础 知识重构 一、硅酸盐材料 1．陶瓷 (1)原料：陶瓷是以______(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料，经高温烧结而成。 (2)应用：生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。 2．玻璃 (1)普通玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、______。 (2)原料：________________、_________________、________________。 黏土 SiO2 纯碱(Na2CO3) 石灰石(CaCO3) 石英砂(SiO2) 第三节　无机非金属材料 (3)制作过程：将原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。 (4)生产设备：________。 (5)发生的化学反应：_______________________________________、 _____________________________________ (6)用途：生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。 玻璃窑 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 3．水泥 (1)主要原料：________、______； 辅助原料：适量的石膏。 (2)生产设备：水泥回转窑。 (3)用途：水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。 石灰石 黏土 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 二、新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅 ①存在：硅以化合态形式存在于自然界中。 ②结构：三维骨架结构。 ③用途：晶体硅用作________材料、硅芯片和硅太阳能电池。 ④制备： 半导体 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 其中涉及的主要化学反应为 Ⅰ._______________________________； Ⅱ._________________________； Ⅲ._________________________。 SiO2＋2CSi＋2CO↑ Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 (2)二氧化硅 ①用途：用来生产__________。 ②化学性质 a．与强碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (盛装NaOH的试剂瓶用______塞)。 b．与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(可以用HF来刻蚀玻璃；用______瓶盛装HF)。 c．与盐反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑。 SiO2是酸性氧化物，但不与水反应，不能用SiO2与水反应制备H2SiO3。 光导纤维 橡胶 塑料 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 8 2．新型陶瓷 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。如金刚砂(______)的硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。 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，其中的C60是富勒烯的代表物。 (2)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。 (3)石墨烯：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，具有很高的强度。 SiC 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 (1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。 (　 　) (2)用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。 (　 　) (3)SiO2是酸性氧化物，可用SiO2与水作用制备H2SiO3。 (　 　) (4)保存NaOH溶液的试剂瓶可用玻璃塞。 (　 　) (5)依据反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑可知，H2SiO3的酸性比H2CO3强。 (　 　) × √ × × × 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 硅及其化合物的转化关系 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 落实考点 素养升华 √ 无机非金属材料及应用 考向1 无机非金属材料及应用 1．(2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是(　　) A．传统陶瓷是典型的绝缘材料 B．陶瓷主要成分为SiO2和MgO C．陶瓷烧制的过程为物理变化 D．白瓷的白色是因铁含量较高 第三节　无机非金属材料 A　解析：陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A正确；陶瓷的主要成分为硅酸盐，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C错误；由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越高，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 2．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素。下列有关硅及其化合物的叙述错误的是(　　) A．氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，其化学式为Si3N4 B．高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片 C．硅可以用来生产新型无机非金属材料——光导纤维 D．二氧化硅为三维骨架结构，每个硅原子结合4个氧原子 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 C　解析：氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构，硅原子最外层电子数为4，氮原子最外层电子数为5，要形成8电子稳定结构，则二者个数比值为3∶4，其化学式为Si3N4，故A正确；高纯硅具有良好的半导体性能，可以制成计算机、通信设备等的芯片，故B正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于新型无机非金属材料，故C错误；二氧化硅为共价晶体，为三维骨架结构，其晶体中每个硅原子结合4个氧原子，每个氧原子结合2个硅原子，硅原子和氧原子个数之比为1∶2，故D正确。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 3．近年来，我国科技迅猛发展。下列对科技成果中蕴含的化学知识的说法不正确的是(　　) A．建造港珠澳大桥所采用的高强抗震螺纹钢属于合金 B．中国天眼FAST用到的SiC是新型无机非金属材料 C．芯片的主要成分是单质硅 D．飞船返回舱使用氮化硅耐高温结构材料，Si3N4属于分子晶体 D　解析：建造港珠澳大桥所采用的高强度抗震螺纹钢属于铁碳合金，A项正确；SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有硬度很大、优异的高温抗氧化性能，SiC属于新型无机非金属材料，B项正确；利用硅的半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，即芯片的主要成分是单质硅，C项正确；Si3N4是耐高温结构材料，Si3N4属于共价晶体，D项错误。 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 (1)传统的无机非金属材料的比较 归纳总结 类别 水泥 玻璃 陶瓷 主要成分 硅酸盐 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 含水的铝硅酸盐 生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英砂 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 (2)常见的新型陶瓷 材料类型 主要特性 示例 高温结构陶瓷 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等烧结而成 压电陶瓷 能实现机械能与电能的相互转化 钛酸盐、锆酸盐 透明陶瓷 优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙 超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零，具有超导性 — 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 考向2 | 硅单质的制备 4．设NA为阿伏加德罗常数的值。工业上制备高纯度硅的反应有： ①SiO2＋2CSi＋2CO↑； ②Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8。下列有关说法正确的是(　　) A．①中，30 g氧化剂含极性键数目为NA B．②中，生成1 g H2时转移电子数为NA C．②和③互为可逆反应 D．②和③的目的是除去粗硅中的杂质 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 D　解析：①SiO2＋2CSi＋2CO↑中硅元素的化合价降低，SiO2是氧化剂，30 g SiO2的物质的量为＝0.5 mol，含Si—O极性键为0.5 mol×4＝2 mol，数目为2NA，故A错误；已知H、Si的电负性依次为2.1、1.8，SiHCl3中的H和Cl为－1价，Si为＋4价，②Si＋3HClSiHCl3＋H2中，部分氢元素由＋1价降低到0价，部分由＋1价降低到－1价，1 g H2的物质的量为＝0.5 mol，生成0.5 mol H2时转移0.5 mol×2＋1 mol＝2 mol电子，数目为2NA，故B错误；②和③反应条件不同，不互为可逆反应，故C错误；②和③的目的是除去粗硅中的杂质，故D正确。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 5．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。多晶硅第三代工业制取流程如图所示。已知：SiHCl3遇水剧烈水解。下列说法错误的是(　　) A．Y、Z分别为H2、Cl2 B．制取粗硅过程可能发生反应：SiO2＋3CSiC＋2CO↑ C．提纯SiHCl3可采用萃取、分液的方法 D．为防止SiHCl3水解而损失及H2燃炸，“还原”步骤应在无水、无氧条件下进行 √ 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 C　解析：电解饱和NaCl溶液，反应产生NaOH、H2、Cl2，X是NaOH，H2和Cl2反应产生HCl，焦炭与石英在高温下反应产生粗硅，HCl与粗硅反应产生SiHCl3和少量SiCl4，SiHCl3和SiCl4是沸点不同的混合物，经分馏分离提纯得到SiHCl3，SiHCl3和H2在加热条件下反应产生多晶硅和HCl，所以Y是H2，Z是Cl2。根据上述分析可知，X是NaOH，Y是H2，Z是Cl2，A正确；焦炭与石英在高温下发生反应制取粗硅，反应的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，同时可能发生副反应：SiO2＋3CSiC＋2CO↑，B正确；SiHCl3和SiCl4是沸点不同的、互溶的液体混合物，可以采用蒸馏的方法进行分离，而不采用萃取、分液的方法，C错误；已知SiHCl3遇水剧烈水解，且H2是可燃性气体，与O2混合点燃可能会发生爆炸，因此为防止SiHCl3水解而损失及H2燃炸，“还原”步骤应在无水、无氧条件下进行，D正确。 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点 (1)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2。 (2)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。 (3)SiO2＋2Mg2MgO＋Si。 (4)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑，SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl。 (5)SiH4在空气中易自燃。 归纳总结 回顾基础 知识重构 落实考点 素养升华 课时质量评价 第三节　无机非金属材料 $$