5.3 无机非金属材料(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高一化学必修2（人教版2019）

第三节　无机非金属材料 知识点 1　硅酸盐材料 必备知识 清单破 1.硅酸盐 (1)概念:硅酸盐是由Si、O和其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)组成的化合 物的总称。 (2)结构与性质 第1讲　描述运动的基本概念 　　在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体。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。硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、 耐腐蚀等特点。 2.常见的传统硅酸盐材料 主要 原料 主要 设备 主要 成分 用途   黏土(主要成分 为含水的铝硅酸 盐) — 硅酸盐 生产建筑材料、 绝缘材料、日用 器皿、卫生洁具 等 第1讲　描述运动的基本概念   纯碱、石灰石、 石英砂 玻璃窑 Na2SiO3、 CaSiO3、 SiO2 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   石灰石、 黏土 水泥 回转窑 硅酸盐 建筑材料、水利 工程 第1讲　描述运动的基本概念 1.硅和二氧化硅 (1)晶体硅的物理性质:晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体,导电性介于导体与绝缘体 之间,是良好的半导体材料,高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。 (2)粗硅的制备:用碳还原二氧化硅制备粗硅,反应的化学方程式是SiO2+2C   Si+2CO↑。 (3)高纯硅的制备(详见定点1) (4)二氧化硅的用途 二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大,抗干扰性能好,传输的信号不易衰 减,能有效提高通信效率。 2.新型陶瓷 　　新型陶瓷在组成上不一定是硅酸盐,在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特 性和功能。 知识点 2　新型无机非金属材料 第1讲　描述运动的基本概念 新型 陶瓷 成分 性能 主要应用   碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、抗 氧化 磨料、耐高温结构材 料、耐高温半导体材 料等 高温 结构 陶瓷 碳化硅、氮化硅、某 些金属氧化物等 耐高温、抗氧化、耐 腐蚀 火箭发动机、汽车发 动机和高温电极材料 等 压电 陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 能实现机械能和电能 的相互转化 滤波器、扬声器、超 声波探伤器和点火器 等 第1讲　描述运动的基本概念 透明 陶瓷 氧化铝、氧化钇等 (氧化物透明陶瓷);氮 化铝、氟化钙等(非 氧化物透明陶瓷) 具有优异的光学性 能、耐高温、绝缘性 好 高压钠灯、激光器、 高温探测窗等 超导 陶瓷 — 临界温度下电阻为 零,具有超导性 电力、交通、医疗等 领域 第1讲　描述运动的基本概念 3.碳纳米材料 概念 性能 用途   由碳原子构成的一系 列笼形分子的总称 — 制碳纳米材料   可看成是由石墨片层 卷成的管状物,具有 纳米尺度的直径 比表面积大,有相当 高的强度和优良的电 学性能 生产复合材料、电池 和传感器等   只有一个碳原子直径 厚度的单层石墨 电阻率低、热导率 高,具有很高的强度 光电器件、超级电容 器、电池、复合材料 等 第1讲　描述运动的基本概念 1.水泥和普通玻璃都是重要的硅酸盐产品,制备二者的共同原料是石灰石。这种说法正确 吗? (　    ) 制备水泥的主要原料是石灰石和黏土,而制备普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石 和石英砂,故制备二者的共同原料是石灰石。 2.陶瓷制品、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品。这种说法正确吗? (　    ) 石英玻璃、玛瑙的主要成分都是SiO2,不属于硅酸盐产品。 3.晶体硅熔点高、硬度大,因此可用于制作半导体材料。这种说法正确吗? (　    ) 晶体硅熔点高、硬度大与其可用于制作半导体材料没有因果关系。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 √ ✕ ✕ 提示 提示 提示 第1讲　描述运动的基本概念 4.SiO2既能与氢氟酸反应,又能与NaOH溶液反应,说明SiO2是两性氧化物。这种说法正确吗? (　    ) 两性氧化物是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与氢氟酸反应生成SiF4和水,SiF4不是盐,且SiO2不与其他酸发生反应,SiO2是酸性氧化物 而不是两性氧化物。 5.Si的还原性强于C,但C能与SiO2反应生成Si和CO,这与之前学过的氧化还原反应规律是矛 盾的。这种说法正确吗? (　    ) C和Si原子的最外层电子数均为4,C的原子半径小于Si,失电子能力C<Si,因此还原 性C<Si,但C与SiO2反应生成Si和CO是在高温条件下进行的,且生成物CO为气体,从反应体系 中逸出,有利于反应的进行,因此两者并不矛盾。 ✕ ✕ 提示 提示 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点1　高纯硅的制备   　　工业上制备高纯硅,一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅,再以其为原料制备高纯 硅。相应的生产流程和反应原理如下: (1)粗硅制备:将石英砂和适量的焦炭混合,并在电弧炉内加热至1 800~2 000 ℃可制得纯度为 95%~99%的粗硅。相关反应为SiO2+2C  Si+2CO↑。 (2)SiHCl3的合成与提纯:将干燥的氯化氢气体和粗硅在合成炉中(300 ℃)进行反应,其主要反 应为Si+3HCl  SiHCl3+H2。 利用合成炉中得到的SiHCl3与杂质氯化物的沸点不同通过分馏法进行提纯。 (3)SiHCl3的还原:SiHCl3和氢气混合后,通入还原炉(1 100 ℃)内进行反应,即可得到高纯硅,反 应的化学方程式为SiHCl3+H2  Si+3HCl。 第1讲　描述运动的基本概念   1.硅单质的特性 (1)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但Si却能与氢氟酸反应:Si+4HF  SiF4↑+2H2↑。 (2)非金属单质一般不导电,但Si为半导体,有一定的导电能力。 (3)Si的还原性大于C,但C却能在高温下从二氧化硅中还原出Si:SiO2+2C Si+2CO↑。 (4)非金属单质跟碱液反应一般无H2放出,但Si与碱液反应放出H2:Si+2NaOH+H2O  Na2SiO3+2H2↑。 2.含硅化合物的特性 (1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水反应制备H2SiO3。 (2)酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2能跟HF反应:SiO2+4HF  SiF4↑+2H2O。 定点2　硅及其化合物的特性 第1讲　描述运动的基本概念 (3)无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水。 (4)因H2CO3的酸性强于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应: Na2SiO3+CO2+H2O  H2SiO3↓+Na2CO3;在高温下能发生反应SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑。 特别提醒    (1)盛Na2SiO3的试剂瓶应密封,否则Na2SiO3吸收空气中的CO2和H2O会变质生成H2 SiO3和Na2CO3。(2)由反应Na2CO3+SiO2   Na2SiO3+CO2↑不能说明H2SiO3的酸性比H2CO3 的强,这是因为“强酸制弱酸”规律一般适用于在水溶液中发生的复分解反应,而SiO2与Na2CO3的反应是在高温非水体系中进行的。 第1讲　描述运动的基本概念 情境探究 　　化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。用如下装置(夹持、加热仪器略)制备SO2, 将足量SO2通入AgNO3溶液中,迅速反应,得到无色溶液A和白色沉淀B。   学科素养 情境破 素养　科学探究与创新意识——气体制备与性质探究实验中的装置分析 (情境选自2019年北京卷28题) 第1讲　描述运动的基本概念 问题1 分析上述装置1、2、3的作用分别是什么? 装置1为SO2的制备装置,装置2为除杂装置,装置3为SO2与AgNO3溶液的反应装置。 第1讲　描述运动的基本概念 问题2 写出浓H2SO4与Cu反应的化学方程式;分析试剂a是何种物质,其作用是什么? 铜和浓硫酸在加热的条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,反应的化学方程式为 Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O。由于反应时逸出的SO2气体中可能带出少量硫酸, 所以试剂a应为除杂试剂,可用饱和NaHSO3溶液。 第1讲　描述运动的基本概念 问题3 根据体系中有关物质性质分析沉淀B可能是哪种物质? 沉淀B可能为Ag2SO3、Ag2SO4或二者混合物。 第1讲　描述运动的基本概念 问题4 该实验探究中选用的尾气处理试剂可能是什么? 需要处理的尾气为SO2,SO2是酸性氧化物,可用强碱溶液吸收,所以尾气处理试剂可能 为NaOH溶液。 第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 气体制备与性质探究实验中的装置分析 1.气体制备实验装置的选择依据 2.常见气体的发生装置 (1)固体+固体 气体 常用于制备:O2、NH3、CH4等。 第1讲　描述运动的基本概念 (2)固体+液体(或液体+液体) 气体   常用于制备:Cl2、C2H4等。 (3)固体+液体(不加热) 气体 常用于制备:H2、CO2、SO2等。 第1讲　描述运动的基本概念 3.气体的除杂 (1)除杂试剂选择的依据:被净化气体和杂质气体性质上的差异,如溶解性、酸碱性、氧化 性、还原性等。 (2)除杂原则:①不损失被净化气体;②不引入新的杂质气体;③先除易除的杂质气体。 4.气体的干燥 类型 液态干燥剂 固态干燥剂 装置图       常见 干燥剂 浓H2SO4(酸性、强氧 化性) 无水氯化钙(中性)、碱石灰(碱性) 第1讲　描述运动的基本概念 5.气体的收集方法 收集方法 气体的特点 收集装置 可收集的气体 排水法 难溶于水或微溶 于水,且不与水 反应   O2、H2、NO、 CO等 排空 气法 向上排空气法 密度大于空气且 不与空气中的成 分反应   Cl2、SO2、NO 2、CO2等 向下排空气法 密度小于空气且 不与空气中的成 分反应   H2、NH3等 第1讲　描述运动的基本概念 6.尾气处理的原因、方法 (1)原因:有些气体有毒或具有可燃性,任其逸散到空气中,会污染空气或者引发火灾、爆炸等 灾害。 (2)方法:一般根据气体的相关性质,使其转化为非气态物质或无毒物质,如酸性有毒气体用碱 溶液吸收,可燃性气体用点燃等方法处理。 7.防倒吸装置 肚容式 分液式     第1讲　描述运动的基本概念 典例呈现 例题 碳酸镧[La2(CO3)3]可用于治疗终末期肾病患者的高磷酸盐血症,其制备反应的化学方程 式为2LaCl3+6NH4HCO3  La2(CO3)3↓+6NH4Cl+3CO2↑+3H2O。某化学兴趣小组利用如图 所示装置模拟制备碳酸镧。下列说法错误的是 (　    ) A.导管的连接顺序为f→a→b→d→e→c B.X中盛放的试剂是饱和NaHCO3溶液 C.球形干燥管的作用为防倒吸 D.Z中通入气体的方式是先通入足量CO2,后通入过量的NH3 第1讲　描述运动的基本概念 素养解读    本题以“模拟制备碳酸镧”为情境载体,考查了仪器的连接顺序、试剂的选择、 仪器的作用等相关知识,体现了科学探究与创新意识的化学学科核心素养。 信息提取    观察题中的装置,装置Z为La2(CO3)3的制备装置,由LaCl3 La2(CO3)3需要NH4 HCO3的参与,NH4HCO3可由NH3、CO2等反应制得,结合NH3、CO2的性质可知d中通入CO2、e 中通入NH3。 解题思路    由装置可知,W中制备二氧化碳,X中除去CO2中挥发出来的HCl,Y中制备氨气,在 Z中制备碳酸镧。制备碳酸镧实验流程中导管的连接顺序为f→a→b→d→e→c,A正确;X中盛 放的试剂是饱和NaHCO3溶液,其作用为吸收CO2中的HCl,B正确;氨气极易溶于水,球形干燥 管的作用为防倒吸,C正确;Z中应先通入NH3,后通入足量的CO2,D错误。 答案    D 第1讲　描述运动的基本概念 思维升华 　　以气体制备与性质探究为背景的实验题,涉及知识面较广,形式灵活多变,思维发散空间 大,能够很好地考查学生综合运用化学实验基础知识解决实际问题的能力。解题过程中应注 意思维的有序性。   第1讲　描述运动的基本概念 $$