第5章 第3节 无机非金属材料(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2019 单选版）

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 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 知识整合 新知探究 01 随堂演练 知识落实 02 课时作业 知能达标 03 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 01 知识整合 新知探究 栏目导航 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 硅、氧 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 硅氧四面体 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 黏土 纯碱、石灰石、 石英砂 Na2SiO3、 CaSiO3、SiO2 石灰石、黏土 硅酸盐 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 第三周期、第ⅣA族 硅酸盐 氧化物 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 光 高温结构 压电 超导 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 碳原子 C60 石墨片层 强度 电学 只有一个碳原子直径 低 高 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 02 随堂演练 知识落实 栏目导航 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 03 课时作业 知能达标 栏目导航 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 谢谢观看 栏目导航 第五章　化工生产中的重要非金属元素 1 素养目标 1．能从材料分类的角度对无机非金属材料进行分类，并合理使用，培养证据推理与模型认知的学科素养。 2．掌握SiO2的结构、性质和用途及高纯硅的制备与应用，培养宏观辨识与微观探析的学科素养。 3．了解新型无机非金属材料的应用。 知识点一　硅酸盐材料 1．无机非金属材料 (1)组成元素：含__________元素。 (2)性能：一般具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。 (3)应用：广泛应用于航空、航天、信息和新能源等领域。 2．传统无机非金属材料——硅酸盐材料 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了______________，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。 (2)常见的硅酸盐材料(传统无机非金属材料) 产品 原料 生产的主要设备 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 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 __________ 建筑和水利工程 生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为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。 提示　SiO2＋CaCO3eq \o(=====,\s\up17(高温))CaSiO3＋CO2↑、SiO2＋Na2CO3eq \o(=====,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑。 1．“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，其主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 B．生产陶瓷、玻璃、水泥都用到黏土 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 解析　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；陶瓷的主要原料是黏土，玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂，水泥的主要原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是含水的铝硅酸盐，D项错误。 答案　C 2．《天工开物》第七卷《陶埏(陶瓷)》中记载“水火既济而土合……后世方土效灵，人工表异，陶成雅器，有素肌、玉骨之象焉”，以上所述的“陶成雅器”的主要原料是(　　) A．黏土 B．纯碱、石灰石、石英砂 C．黏土、石灰石 D．二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝 解析　陶瓷的传统概念是指所有以黏土等无机非金属矿物为原材料，经过高温烧制而成的产品，题干中陶成雅器，水火既济而土合为陶器的生产工艺，所以所述的“陶成雅器”的主要原料是黏土，故选A。 答案　A 知识点二　新型无机非金属材料 1．单质硅的存在与制备 (1)硅的原子结构与存在 ①原子结构 硅的原子结构示意图为____________，在元素周期表中的位置是____________________，正好处于金属与非金属的过渡位置，故其单质的导电性介于导体与绝缘体之间。 ②存在 硅在自然界主要以__________和__________的形式存在。 (2)单质硅的制备 2．新型陶瓷 (1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 (2)特性和功能：在______学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (3)碳化硅(SiC)俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料等。 (4)常见的类型：____________陶瓷、________陶瓷、透明陶瓷、________陶瓷。 3．碳纳米材料 富勒烯 由__________构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为_______ 碳纳 米管 可以看成是由____________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________和优良的________性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 ______________________厚度的单层石墨，电阻率______、热导率______，具有很高的强度 1．高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备： 其中涉及的主要反应的化学方程式是什么？ 提示　①SiO2＋2Ceq \o(===============,\s\up17(1 800～2 000 ℃),\s\do15(　))Si＋2CO↑；②Si＋3HCleq \o(=====,\s\up17(300 ℃),\s\do15(　))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2 eq \o(=======,\s\up17(1 100 ℃))Si＋3HCl。 2．阅读情景素材，回答下列问题： 素材1　SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。 素材2　氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。 (1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？ 提示　SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。 (4)SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3? 提示　不能，因为SiO2与水不反应。 (2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸？若不能，写出化学方程式，简述理由。 提示　不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ 提示　NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞与瓶口黏结在一起。 (5)已知酸性：H2CO3＞H2SiO3，则在Na2SiO3溶液中通入CO2发生反应的化学方程式为_______________________________________________ ______________________________________________________。 提示　Na2SiO3＋CO2(少量)＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，Na2SiO3＋2CO2(足量)＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3。 1．SiO2的性质 2．最简单的硅酸盐——Na2SiO3 1．(2024·山东淄博高一段考)下列叙述错误的是(　　) A．氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃 B．石英砂可用于生产单晶硅 C．高纯SiO2用作光电池 D．硅胶可用作食品干燥剂 解析　硅为良好的半导体，高纯硅可用于制作光电池，故选C。 答案　C 2．(2024·黑龙江大庆高一期中)从科技前沿到人类的日常生活，化学无处不在。下列说法正确的是(　　) A．国产大型飞机C919用到的氮化硅高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 B．量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同位素 C．近日清华大学获芯片领域重要突破，相关成果在《科学》杂志发表，芯片的主要成分是二氧化硅 D．常温下Si的化学性质稳定，在自然界中硅主要以单质形式存在 解析　螺旋碳纳米管和石墨烯都是碳元素形成的单质，两者属于同素异形体，B错误；芯片的主要成分为单质硅，C错误；常温下Si的化学性质稳定，但是在自然界中硅主要以化合态的形式存在，D错误。 答案　A 3．(2024·广西南宁高一段考)用硅的氧化物可以制取硅单质，主要步骤及化学反应如下： ①粗硅制取：SiO2(石英砂)＋2C(焦炭)eq \o(=====,\s\up17(高温),\s\do15(　))Si(粗)＋2CO↑。 ②纯硅制取：Si(粗)＋2Cl2eq \o(=====,\s\up17(高温),\s\do15(　))SiCl4、SiCl4＋2H2eq \o(=====,\s\up17(高温),\s\do15(　))Si(纯)＋4HCl。 下列说法正确的是(　　) A．步骤①的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1 B．步骤②涉及的反应中硅元素均被还原 C．可用石英坩埚灼烧熔融Na2CO3固体 D．Si、SiO2都能与氢氟酸、NaOH溶液反应 解析　步骤①的反应中，SiO2是氧化剂，C是还原剂，二者的物质的量之比为1∶2，A错误；步骤②涉及两个反应，前者硅元素被氧化，后者硅元素被还原，B错误；石英坩埚中含有SiO2，高温条件下会与Na2CO3反应生成Na2SiO3，C错误；硅、二氧化硅都能与氢氟酸反应生成SiF4，都能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，D正确。 答案　D 1．(2024·宣城高一期末)我国的瓷器以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变而著称。下列关于陶瓷的说法正确的是(　　) A．瓷器中含有许多金属元素，因此陶瓷属于金属材料 B．高品质的白瓷晶莹剔透，属于纯净物 C．氮化硅陶瓷属于传统无机非金属材料 D．“窑变”是高温下釉料中某些金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化 解析　瓷器的主要成分为硅酸盐，则为无机非金属材料，A错误；瓷器的原料主要是黏土烧结而成，瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，B错误；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面，C错误；不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致颜色变化，D正确。 答案　D 2．(2024·黑龙江哈尔滨高一期中)下列物质的主要成分不是二氧化硅的是(　　) A．水晶　　　　　　　 B．光导纤维 C．石英 D．纯碱 解析　纯碱的主要成分是碳酸钠，故选D。 答案　D 3．下列生活、生产中用到的材料属于新型无机非金属材料的是(　　) A．玻璃钢 B．纯碱 C．压电陶瓷 D．钢化玻璃 解析　玻璃钢属于复合材料，A错误；纯碱是碳酸钠，不属于新型无机非金属材料，B错误；压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于新型无机非金属材料，C正确；钢化玻璃属于无机非金属材料，D错误。 答案　C 4．有下列物质：①氢氟酸、②浓硫酸、③烧碱溶液、④Na2CO3固体、⑤氧化钙、⑥浓硝酸。其中在一定条件下能与SiO2反应的有(　　) A．①③④⑤ B．②③⑥ C．①②⑥ D．全部 解析　SiO2不与氢氟酸以外的酸反应，即不与浓硫酸、浓硝酸反应，②⑥错误；①③④⑤正确。 答案　A 5．(2024·新疆乌鲁木齐高一段考)硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。请回答下列问题： (1)下列物质不属于硅酸盐的是__________(填字母)。 A．陶瓷　　　　　　　 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰 (2)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是______________(填化学式)，SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_________________________。 (3)工艺师常用____________(填物质名称)来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为_____________________________________________________。 (4)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作____________。 (5)工业上常用2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up17(高温),\s\do15(　))Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中有元素化合价升高的物质是____________(填化学式，下同)，氧化剂是____________。 答案　(1)D　(2)Si　SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (3)氢氟酸　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O　(4)阻燃剂　(5)C　SiO2 $$