第五章 第三节 无机非金属材料-【创新教程】2025-2026学年高中化学必修第二册五维课堂同步课件PPT（人教版）

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硅酸盐) 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具 普通 玻璃 　纯碱、石灰石和石英砂　(SiO2) 　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 水泥 　黏土和石灰石　、 少量石膏 水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土 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　 (3)硅和二氧化硅的用途 2．新型陶瓷 3．碳纳米材料 碳纳米材料在　能源、信息、医药　等领域有着广阔的应用前景。 结构特点 应用 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称 代表物C60开启碳纳米材料研究和应用的新时代 碳纳 米管 由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 用于生产　复合材料　、 电池和传感器 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料 　 单质硅的性质与制取 1．化学性质 (1)常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应 2F2＋Si===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑， Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)加热时能与氧气、氯气、碳等反应 Si＋O2△,SiO2，Si＋2Cl2△,SiCl4， Si＋Ceq \o(=====,\s\up17(高温))SiC。 2．制取 (1)粗硅的制取 2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up17(高温))2CO↑＋Si(粗硅)。 (2)纯硅的制取 Si(粗硅)＋2Cl2eq \o(=====,\s\up17(△))SiCl4， SiCl4＋2H2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si(纯硅)＋4HCl。 [真情提示] (1)Si、SiO2都能与氢氟酸反应； (2)常见的单质中能与NaOH溶液反应产生H2的有金属Al，非金属Si。 (3)粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2。 [典例示范] [典例1] 如图，已知：①单质E是一种半导体材料，可用于制造太阳能电池；②化合物F是不成盐氧化物；③化合物I是一种酸，它能够跟氧化物A发生反应，④2F2＋2H2O===4HF＋O2。据此，请回答下列问题： (1)化合物F为　________　。 (2)化合物I为　________　。 (3)反应③的化学方程式为____________________________。 [解析]　由题干中信息①②并结合框图中的反应①可推知E和F分别为Si和CO。反就①为SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温),\s\do15(　))Si＋2CO↑，则氧化物A是SiO2，它能与氢氟酸反应，不与其他酸反应，由此可判断化合物I为HF，结构框图转化关系可推出C为H2O，D为F2，G为H2，H为O2。 [答案]　　(1)CO　(2)HF　(3)2H2＋O2eq \o(=====,\s\up17(点燃),\s\do15(　))2H2O [知识总结]　硅及其化合物的特殊性 (1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。 SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑。 (2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却不然。 Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (3)一般情况下，活泼金属与酸发生置换反应生成氢气，非金属单质与非氧化性酸不反应，但硅例外。 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (4)一般情况下，酸性氧化物不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应。 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (5)一般情况下，较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应，制得较弱的酸，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3(胶体)。但制玻璃时却发生了下列反应： Na2CO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑。 (6)SiO2是熔点最高的非金属氧化物，H2SiO3是常温下呈固态的酸。 (7)硅酸钠叫泡花碱，但它是盐，水溶液俗称水玻璃，但它和玻璃的成分并不相同。 (8)硅与烧碱溶液反应的实质和铝与烧碱溶液反应的实质相似，其中的氧化剂都是水。 (9)硅具有“亲氟”性： Si＋2F2===SiF4　Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O [学以致用] 1．下列关于硅的说法中，错误的是(　　) A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体 B．单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度小，熔点低 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 解析：C　[硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但高温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。] 　　 硅酸盐的表示方法 1．硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物形式来表示。 2．氧化物的顺序；活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。 3．氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。 (1)氧化物之间以“·”隔开； (2)系数配置出现分数应化为整数。 例如；正长石KAlSi3O8不能写成 eq \f(1,2)K2O·eq \f(1,2)Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。 [典例示范] [典例2] 有一种矿石，经测定镁、硅、氧元素的质量比为12∶7∶16。 (1)用盐的组成表示其化学式：_________________________； (2)用氧化物的组成表示其化学式：_______________； (3)该矿石的成分属于　________　(填物质的分类)。 [思路点拨]　eq \x(改写)→eq \x(调序)→eq \x(调计量数) [解析]　n(Mg)∶n(Si)∶n(O)＝eq \f(12,24)∶eq \f(7,28)∶eq \f(16,16)＝2∶1∶4。 [答案]　　(1)Mg2SiO4　(2)2MgO·SiO2　(3)硅酸盐 由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以一种结构复杂的盐的形式存在的。 [学以致用] 2．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。 例如正长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为： 2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCOeq \o\al(－,3)＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。 ①KAlSi3O8________________________________________； ②Al2Si2O5(OH)4________________________________； (2)上述反应能够发生的原因是______________________。 解析：(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“·”将它们合并起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成比。在某种(或几种)氧化物前加合适的系数。 ①KAlSi3O8：K2O·Al2O3·6SiO2；②Al2Si2O5(OH)4：Al2O3·2SiO2·2H2O。 (2)分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分解反应，是由于酸性：H2CO3>H2SiO3，发生了较强的酸制取较弱的酸的反应。 答案：(1)①K2O·Al2O3·6SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O (2)较强的酸能制取较弱的酸 1．在制玻璃、制水泥两种工业生产中，都需要原料(　　) A．纯碱　　　　　 B．石灰石 C．石英 D．黏土 解析：B　[制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英；制水泥的原料是石灰石、黏土等。相互对比后可知B项为正确答案。] 2．硅是无机非金属材料的主角。下列物质含有硅单质的是(　　) A．光导纤维 B．太阳能电池板 C．水玻璃 D．水晶 解析：B　[光导纤维的主要成分是二氧化硅，A项错误；硅是半导体，用于制作太阳能电池板，B项正确；水玻璃的主要成分是硅酸钠，C项错误；水晶的主要成分是二氧化硅，D项错误。] 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：C　[A.玻璃钢属于复合材料，选项A错误；B.纯碱是碳酸钠，不属于新型无机非金属材料，选项B错误；C.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，选项C正确；D.钢化玻璃属于无机非金属材料，选项D错误。] 4．石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的材料，可用来生产未来的超级计算机。构成石墨烯的元素是(　　) A．碳　　 B．硅 C．银　　 D．铝 解析：A　[石墨烯是从石墨中剥离出的碳单质。] 5．获取知识和信息是现代人不可缺少的素质信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动，信息产业的核心材料是高纯度的硅。下面是高纯度单晶硅的生产方法之一： SiO2eq \o(――→,\s\up17(C))Si(粗硅)eq \o(――→,\s\up17(HCl、Cl2))SiHCl3(沸点31.5 ℃)eq \o(――→,\s\up17(H2))Sieq \o(――→,\s\up17(气相沉积法))高纯硅―→单晶硅 近代用得较多的另一种方法(之二)是：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4)；再热分解硅烷可得高纯硅。单晶硅可用于制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能越好。 (1)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅为何还要进一步处理？ ______________________________________________________ _______________________________________________。 (2)写出方法二中，生产高纯硅的两个化学方程式： ①_____________________________________________________②_____________________________________________________。 解析：(1)根据方法一的生产流程，可得如下化学方程式：SiO2＋2C高温,Si(粗硅)＋2CO↑，所得的粗硅中含有大量的其他杂质(如C、SiO2等)，没有实际应用价值，将粗硅用HCl、Cl2处理转化为沸点低的SiHCl3，化学方程式为Si＋Cl2＋HCleq \o(=====,\s\up17(高温))SiHCl3，低沸点的SiHCl3通过蒸馏极易将其分离提纯，然后将纯的SiHCl3在高温下用H2还原即可得到高纯度的Si蒸气，SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋3HCl，再进行气相沉淀即可制得高纯度的硅，从而得到单晶硅。 答案：(1)由C还原SiO2得到的单质Si中，杂质含量过高，将它用HCl、Cl2处理得到低沸点的SiHCl3，便于蒸馏提纯，然后再还原得到高纯硅 (2)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑ ②SiH4eq \o(=====,\s\up17(△))Si＋2H2 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