第5章 第3节 新知探究课6 无机非金属材料-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步课件(人教版2019)

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 新知探究课6　无机非金属材料 学习任务 1．了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。 2．了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。 3．知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强学生关注社会的意识和责任感。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 必备知识·自主预习 01 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3 一、硅酸盐材料——传统无机非金属材料 无机非金属材料一般含有______元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的____、____等性能。 1．硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了__________，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。其结构 示意图为 。 硅、氧 光学 电学 硅氧四面体 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．硅酸盐材料 产品 原料 主要设备 主要成分 用途 陶瓷 ____(主要成分为含水的铝硅酸盐) — 硅酸盐 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 黏土 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 产品 原料 主要设备 主要成分 用途 玻璃 (普通) ____、 ______、 ______ 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 ______、 ____、 适量石膏 水泥回转窑 硅酸盐 建筑和水利工程 纯碱 石灰石 石英砂 Na2SiO3 CaSiO3 SiO2 石灰石 黏土 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)制水泥、玻璃的共同原料是石灰石。 (　　) (2)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。 (　　) (3)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土。 (　　) (4)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐。 (　　) √ × √ √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 二、新型无机非金属材料 1．硅和二氧化硅 (1)硅元素的存在与结构 存在 原子结构示意图 周期表中 位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 氧化物和硅酸盐 ________、________ 第三周期 第ⅣA族 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)硅的导电性 硅处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于____与______之间，是重要的半导体材料。 (3)单质硅的制备 导体 绝缘体 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (4)硅和二氧化硅的用途 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．新型陶瓷——碳化硅(SiC) 俗称 结构特点 主要性能 生产应用 金刚砂 碳原子和硅原子以共价键连接，结构类似金刚石 硬度很大、高温抗氧化性能优异 砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 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：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化学性能，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。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)二氧化硅可制造光导纤维，用于导电。 (　　) (2)碳化硅和氮化硅是两种新型材料。 (　　) (3)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分都是碳单质。 (　　) (4)硅是制备光导纤维和光电池的材料。 (　　) × √ √ × 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 关键能力·情境探究 02 学习任务1　硅酸盐材料的生产与应用 学习任务2　新型无机非金属材料的发展与应用 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 14 [问题探究] 1．下图是常见的硅酸盐产品。请指明这些硅酸盐产品所属的类别。它们都是混合物吗？ 提示：图1、图2属于陶瓷，图3属于玻璃，图4属于水泥。它们都是混合物。 硅酸盐材料的生产与应用 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化(生成Na2SiO3和CaSiO3)而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗？ 提示：由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”，可知反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．钢化玻璃是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种预应力玻璃。钢化玻璃与普通玻璃成分是否相同？ 提示：相同。 4．用石灰水抹墙和用水泥砌墙的硬化原理是否相同，为什么？ 提示：不相同。石灰水抹墙的反应为Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O；水泥的硬化是发生了复杂的物理、化学变化，二者原理不同。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 1．关于玻璃的认识 (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。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (3)常见玻璃种类 玻璃种类 性能 用途 含铅的光学玻璃 透光性好，折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜 加入硼酸盐的玻璃 耐化学腐蚀、耐温度急剧变化 制实验玻璃仪器 加入金属氧化物或盐得到的彩色玻璃 具有多种颜色 建筑、装饰 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．关于水泥的认识 (1)水泥具有吸水性，在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有的性质，因而，变硬的水泥不能使用。 (2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐，碳酸盐与酸反应会放出CO2。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 1．某纪录片中介绍了很多文物，其中主要属于硅酸盐材料的是(　　) A　[红陶人头壶的主要成分是硅酸盐，A选；五星出东方织锦的主要成分是丝绸，不是硅酸盐，B不选；镶金兽首玛瑙杯主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，C不选；三星堆青铜人像的主要成分是金属，不是硅酸盐，D不选。] √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．下列有关陶瓷的说法错误的是(　　) A．陶瓷的主要化学成分是硅酸盐 B．陶瓷硬度高、易清洗、耐刻刮、耐氧化 C．陶瓷的主要生产原料为石灰石和黏土 D．陶瓷可用于生产绝缘材料和卫生洁具 C　[陶瓷为传统无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐，A正确；陶瓷具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，表面光滑易清洗，B正确；陶瓷的主要原料是黏土，没有石灰石，C错误；陶瓷属于硅酸盐材料，不导电，可用于生产绝缘材料，硬度高、易清洗、耐刻刮、耐氧化，可用于生产卫生洁具，D正确。] √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C．硅酸盐制品的性质稳定、耐高温 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 C　[陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D错误。] 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 新型无机非金属材料的发展与应用 [问题探究] 1．碳和硅的最外层电子数都是4，且碳元素的非金属性强于硅，但碳在自然界中有稳定的单质(如金刚石、石墨)，而硅却没有，其原因是什么？ 提示：硅是一种亲氧元素，硅与氧形成硅氧四面体的稳定结构，故自然界中无游离态的硅，而是以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于自然界中。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？ 提示：不能。比较氧化性、还原性的强弱，必须是在通常情况下发生的反应，题述反应是在高温条件下发生的，故不能比较碳和硅还原性的强弱。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．已知：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，SiO2既能与NaOH溶液发生反应，又能与氢氟酸发生反应，因此，SiO2属于两性氧化物，这种说法正确吗？ 提示：不正确；SiO2尽管能与氢氟酸反应，但生成物不是盐和水，且与其他强酸(如HCl、HNO3等)不反应，故SiO2不属于两性氧化物，属于酸性氧化物。 4．你知道的碳纳米材料有哪些？碳化硅陶瓷是传统无机非金属材料还是新型无机非金属材料？ 提示：碳纳米材料主要有富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。碳化硅陶瓷属于新型无机非金属材料。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 1．硅的化学性质 (1)在常温下不活泼，但能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (2)加热条件下能与O2、Cl2等反应：Si＋O2SiO2；Si＋2Cl2SiCl4。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．注意二氧化硅的两个反应 (1)碱性试剂如NaOH溶液、Na2CO3溶液等不能用带玻璃塞的试剂瓶存放的原因：碱性试剂能与玻璃塞的主要成分SiO2反应，如2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3具有黏合性，将瓶塞和试剂瓶黏结在一起。 (2)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，反应为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．常见的新型陶瓷 类型 组成 性能 用途 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐磨蚀 火箭或汽车的发动机、高温电极材料 压电 陶瓷 钛酸盐和锆酸盐等 实现机械能与电能的相互转化 滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 类型 组成 性能 用途 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇或氮化铝、氟化钙 具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好 高压钠灯、激光器、高温探测窗 超导陶瓷 — 在某一临界温度下电阻为零，具有超导性 电力、交通、医疗等领域 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 4．在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要角色。下列说法错误的是(　　) A．“硅-石墨烯-锗晶体管”为我国首创，锗与硅均属于半导体材料 B．太阳能帆板的主要材料为硅 C．芯片的主要成分是二氧化硅 D．超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 C　[锗与硅均位于金属与非金属交界处，锗与硅导电性都介于导体与绝缘体之间，都是良好的半导体，A正确；硅是良好的半导体，可以将光能转化为电能，是制造太阳能电池的原料，B正确；硅是良好的半导体，是制造芯片的主要原料，二氧化硅为绝缘体，不具有此性质，C错误；超导陶瓷具有高温超导性的性质，可应用于磁悬浮技术，D正确。] 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 5．下列关于硅及其化合物的叙述不正确的是(　　) ①二氧化硅是立体网状结构 ②硅是地壳中含量最多的非金属元素 ③晶体硅具有金属光泽，是良好的半导体材料，能制成光电池，可以导电，属于金属材料 ④二氧化硅是制造光导纤维的重要原料 ⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的 ⑥SiO2是酸性氧化物，它可溶于水 ⑦常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在 A．②③⑤⑥⑦　B．①⑤⑥⑦　C．③④⑤⑥　D．①③④ √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 A　[①在二氧化硅的晶体结构中，每个Si原子与4个O原子相连，每个O原子与2个Si原子相连，与金刚石相似，都是立体网状结构，正确；②硅在地壳中含量占第二位，氧是地壳中含量最多的非金属元素，错误；③硅在元素周期表中位于金属与非金属元素之间，能体现某些金属的性质，晶体硅具有金属光泽，是良好的半导体材料，但仍属于非金属材料，错误；④二氧化硅具有导光性，是制造光导纤维的重要原料，正确；⑤二氧化硅晶体属于共价晶体，由硅原子、氧原子构成，不含SiO2分子，在晶体中硅和氧的原子个数比为1∶2，错误；是酸性氧化物，但它难溶于水，错误；⑦常温下，硅的化学性质稳定，但硅是亲氧元素，自然界中的硅都以化合态存在，错误；综合以上分析，②③⑤⑥⑦不正确，故选A。] 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 知　识　必　备 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 课　堂　小　结 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 学习效果·随堂评估 03 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 38 1 2 3 4 1．当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1 000 ℃以上，为了防止高温将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是(　　) A．塑料　　　　　 B．玻璃 C．新型陶瓷 D．镁铝合金 C　[制作保护层的材料应该具有硬度很大、具有优异的高温抗氧化性能，只有C项符合要求。] √ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 √ A　[28Si、29Si、30Si的质子数均为14，中子数不同，所以三种原子是硅元素的不同核素，A正确；金刚砂的主要成分为SiC，B错误；Si的电子数等于其质子数为14，所以28 g硅含有的电子数为×14×NA mol-1＝14×6.02×1023，C错误；光纤的主要成分是二氧化硅，D错误。] 2．有关硅材料的说法正确的是(　　) A．28Si、29Si、30Si是硅元素的不同核素 B．金刚砂的主要成分是二氧化硅 C．28 g硅含有6.02×1023个电子 D．光纤的主要成分是高纯度的单质硅 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 √ A．SiO2可用于制造光导纤维 B．步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4 C．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用通入CO2的水溶液替代 D．工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅 3．由粗SiO2制备纯的SiO2流程如图所示，下列说法不正确的是(　　) 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 C　[步骤Ⅰ所加的氢氧化钠溶液是过量的，故进行步骤Ⅱ时，通入二氧化碳，会被氢氧化钠吸收生成碳酸钠或碳酸氢钠，会造成酸性不足，不能生成足量的硅酸而产率降低，故步骤Ⅱ中的稀硫酸不能用通CO2后的水溶液替代，C错误，其他均正确。] 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 4．A、B、C、D均为中学化学常见的纯净物， A是单质。它们之间有如下的反应关系： (1)若B是气态氢化物。C、D是氧化物且会造成光化学烟雾污染。写出③反应的化学方程式：__________________________________。 4NH3＋5O24NO＋6H2O [解析]　C、D是氧化物且会造成光化学烟雾污染，氮的氧化物会造成光化学污染，所以C、D是氮的氧化物，则B是氨；A是氮气，C为NO，D为NO2，氨与氧气催化氧化为NO和水，化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (2)若D物质具有两性，②③反应均要用强碱溶液，④反应是通入过量的一种引起温室效应的主要气体。写出④反应离子方程式：______________________________________________________。 [解析]　造成温室效应的气体是二氧化碳，若D物质具有两性，②③反应均要用强碱溶液，则A是Al，B是氧化铝，与强碱反应生成四羟基合铝酸盐，则D是氢氧化铝，④反应是通入过量二氧化碳，生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢根离子，离子方程式为===。 === 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (3)若A是太阳能电池用的光伏材料。C、D为钠盐，两种物质中除钠、氧外的元素均为同一主族，且溶液均显碱性。写出②反应的化学方程式：_____________________________________________。 [解析]　太阳能电池的材料是Si，所以A是Si，C中含有Si元素，与Si同主族的元素为C，则C、D为硅酸钠和碳酸钠，碳酸钠与二氧化硅高温反应生成硅酸钠和二氧化碳，则②反应是Si与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，化学方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 Si＋2NaOH ＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (4)若A是当今应用最广泛的金属。④反应用到A，②⑤反应均用到同一种非金属单质。C的溶液用于蚀刻印刷铜电路板，写出该反应的离子方程式：_____________________________________。 [解析]　C的溶液用于蚀刻印刷铜电路板，即铁离子与Cu的反应，所以A是Fe，则C是氯化铁，B是氧化铁，②⑤反应均用到同一种非金属单质氯气，所以氯化铁与Cu反应的离子方程式为Cu＋2Fe3+=== Cu2+＋2Fe2+。 Cu ＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+ 新知探究课6　无机非金属材料 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 A．红陶 人头壶 B．五星出 东方织锦 C．镶金兽 首玛瑙杯 D．三星堆 青铜人像 $$