第5章 第3节 无机非金属材料-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（人教版 单选版）

第三节　无机非金属材料 学习目标 重点难点 1.知道无机非金属材料,结合实例认识无机非金属材料组成、性能与应用的联系。 2.了解新型无机非金属材料的种类和性能。 重点 1.玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途。 2.普通玻璃的主要成分。 难点 硅的制备工艺。 新知探究(一)——硅酸盐材料 1.无机非金属材料 组成元素 含有硅、氧等元素 分类 传统无机非金属材料、新型无机非金属材料 性能 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 2.硅酸盐材料——传统无机非金属材料 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体结构,Si在中心,O在四面体的4个顶角,许多这样的四面体通过顶角的O相互连接,即每个Si结合4个O,每个O结合2个Si。 (2)硅酸盐的特性 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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 3.常见的硅酸盐材料 项目 陶瓷 玻璃 水泥 主要成分 成分复杂 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 生产原料 黏土(含水的铝硅酸盐) 纯碱、石灰石、石英砂 主要原料:黏土、石灰石 辅助原料:适量的石膏 主要设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 用途 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等　 建筑材料、光学仪器、 各种器皿、制造玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 　　[微点拨] ①陶瓷分为陶和瓷。 ②普通玻璃生产涉及两主反应为 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑; SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑。 ③生产水泥时加入适量石膏是调节水泥的硬化速率。 ④碱性溶液不能用磨口试剂瓶存放,原因是玻璃中的SiO2与碱反应生成硅酸盐黏合剂。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)硅酸盐结构较为复杂,大多难溶于水,化学性质稳定。 (√) (2)硅氧四面体中,硅原子与氧原子都是以共价键结合。 (√) (3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石,水泥与陶瓷的共同原料是黏土。 (√) (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。 (√) (5)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化。 (√) 2．(2025·广东深圳检测)中华文明源远流长，下列古文物主要由硅酸盐材料制成的是(　　) A.九霄环佩木古琴 B.河姆渡出土陶灶 C.云龙纹丝绸 D.曾侯乙青铜编钟 解析：选B　九霄环佩木古琴主要构成是木材，为植物纤维，A错误；陶灶属于陶器，由硅酸盐制成，B正确；丝绸为动物蛋白质，C错误；曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误。 3. 陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是 (　　) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 解析:选A　氧化铁为红棕色固体,瓷器的青色不可能来自氧化铁, A错误;秦兵马俑是陶制品,陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的, B正确;陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物,陶瓷的主要成分是硅酸盐,与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品, C正确;陶瓷的主要成分是硅酸盐,硅酸盐的化学性质不活泼,具有不与酸或碱反应、抗氧化的特点, D正确。 4.(2025·济南高一月考)“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 解析:选C　陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,A错误;制水泥的主要原料为黏土、石灰石,辅助原料为石膏,B错误;沙子的主要成分为二氧化硅,不属于硅酸盐,D错误。 新知探究(二)——硅和二氧化硅、硅酸盐 1.硅 (1)硅在元素周期表中的位置和存在 硅位于元素周期表第三周期第ⅣA族,正好处于金属与非金属的过渡位置,其单质的导电性介于导体与绝缘体之间,是应用最为广泛的半导体材料。硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 (2)高纯硅的制备 其中涉及的主要化学反应为 ①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑; ②Si+3HClSiHCl3+H2; ③SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl。 (3)硅的主要化学性质 ①与F2、O2反应的化学方程式分别为Si+2F2===SiF4、Si+O2SiO2; ②与HF、NaOH反应的化学方程式分别为Si+4HF===SiF4↑+2H2↑、Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。 2.二氧化硅 (1)不溶于水,是一种酸性氧化物 ①与NaOH反应:SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;②与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3。 (2)二氧化硅的特性与HF反应:SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。 (3)二氧化硅可与某些盐反应制备玻璃 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑; SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑。 3.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐 (1)硅酸钠易溶于水,其水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,常用作黏合剂和防火剂。 (2)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀,其离子方程式是Si+2H+===H2SiO3↓。 (3)少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中,反应的离子方程式是Si+CO2+H2O===H2SiO3↓+C 。  应用化学 　　随着5G技术的应用,硅光芯片被广为提及,从概念到产品,它的发展速度让人惊叹。硅光芯片作为硅光子技术中的一种,有着非常可观的前景。 CPU的原料是什么,很多人知道是“硅”,其实就是沙子。CPU的制作过程如下: (1)从沙子中提取二氧化硅:制作CPU的沙子要经过水洗→酸洗→中和→水洗→碱溶→过滤→灼烧等步骤,提取出纯净不含杂质的二氧化硅。 (2)把二氧化硅还原成硅:二氧化硅再进行化学提纯,得到可用于制造半导体材料的硅,学名电子级硅。电子级硅平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。 (3)芯片制作:①硅锭切割(晶圆)　②激光刻蚀 ③电镀　④测试、切割　⑤封装　⑥将处理器安装到手机上开机 1.材料中第(1)步的碱溶中SiO2会不会反应,表现SiO2的什么性质? 提示:SiO2属于酸性氧化物,能够与碱反应生成硅酸盐和水。 2.材料中第(2)步中发生的反应有哪些?能否根据发生的反应判断C和Si的还原性的强弱? 提示:SiO2+2CSi+2CO↑,Si+3HClSiHCl3+H2,SiHCl3+H2Si+3HCl;反应SiO2+2CSi+2CO↑是在高温条件下进行的,不能作为还原性强弱判断的依据。 3.SiO2和CO2都属于酸性氧化物,性质是否一样? 提示:不一样。SiO2不能与水反应,CO2与水反应生成碳酸。 4.玻璃瓶不能盛放氢氟酸的原因是什么?SiO2能否与其他酸发生反应? 提示:SiO2常温下与氢氟酸发生反应:SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。SiO2不能与除氢氟酸之外的其他酸反应。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)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的形式存在。 (×) (2)硅是良好的半导体材料,可以用来生产芯片和硅太阳能电池等。 (√) (3)SiO2能与NaOH和HF反应,故SiO2为两性氧化物。 (×) (4)氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存,NaOH溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶保存。 (√) (5)H2CO3酸性比H2SiO3的强,故CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀生成。 (√) 2.在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅反应的是 (　　) ①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤高氯酸　⑥氢氧化钾　⑦氧化钙　⑧氮气 A.③⑤⑦⑧　　　　　　　　 B.⑤⑦⑧ C.⑤⑧ D.⑤⑦ 答案:C 3.(2025·西安高一期末)无论是传统的还是新型的无机非金属材料,硅元素都占有非常重要的地位。由于硅在太阳能发电中的重要作用,有些科学家称硅是“二十一世纪的能源”。下列关于硅说法正确的是 (　　) A.自然界中硅单质的含量居各元素的第二位 B.高纯度的硅是制半导体的重要材料 C.水泥、玻璃、陶瓷、光导纤维都是传统的硅酸盐工业产品 D.石英砂属于天然的硅酸盐产品 解析:选B　Si元素在自然界中以化合态存在,硅元素在地壳中的含量排第二位,故A错误。硅在元素周期表中处于金属和非金属之间,导致硅单质的性质介于二者之间,所以硅是制半导体的重要材料,故B正确。光导纤维由SiO2制成,不属于硅酸盐工业产品,故C错误。石英砂的主要成分为SiO2,不属于硅酸盐产品,故D错误。 4.由粗SiO2制备纯SiO2的流程如图所示,下列说法不正确的是 (　　) A.SiO2是酸性氧化物 B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3+H2SO4===H2SiO3↓+Na2SO4 C.步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代 D.若在实验室中完成步骤Ⅲ,一般在蒸发皿中进行 解析:选D　步骤Ⅲ为固体灼烧,应在坩埚中进行,D错误。 5.写出用SiO2制H2SiO3的有关化学方程式: 。  答案:SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O、 Na2SiO3+H2SO4===Na2SO4+H2SiO3↓(合理即可) 新知探究(三)——新型无机非金属材料 1.高纯硅和光导纤维 (1)高纯硅广泛应用于信息技术(如硅晶片是生产芯片的基础材料)和新能源技术(如硅太阳能电池)等领域。 (2)光导纤维 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。 　　[微点拨]　光导纤维能传输光,不能导电。 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:在光学、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,可用作砂纸和砂轮的磨料,具有优异的高温抗氧化性能,可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 (4)常见的类型:高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 3.碳纳米材料 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,如C60,可以制碳纳米材料 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,比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能,可用于生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 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。作为一种具有优异性能的新型材料,石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入 [题点多维训练] 1.(1)将下列左栏中的物质与右栏中对应的性质、用途用线连起来: (2)填写下列物质主要化学成分的化学式。 ①刚玉:　　　　　　　　　　;  ②石英钟:　　　　　　　　　;  ③硅太阳能电池:　　　　　　;  ④水晶镜片:　　　　　　　　;  ⑤水玻璃:　　　　　　　　　。  答案:(1)①—c　②—a　③—e　④—b　⑤—d (2)①Al2O3　②SiO2　③Si　④SiO2　⑤Na2SiO3 2.碳纳米管是继富勒烯(C60)以后发现的又一种碳单质,以下有关碳纳米管与富勒烯(C60)的说法错误的是 (　　) A.它们的物理性质有较大差异 B.在常温下它们的化学性质都稳定 C.它们是不同的碳单质 D.它们分别完全燃烧后生成物不同 解析:选D　碳纳米管与C60是不同的碳单质,完全燃烧都生成CO2。 3.在“天问一号”探测器成功发射的背后,很多化学新材料扮演了重要角色。下列有关说法不正确的是 (　　) A.探测器使用的铝硅封装外壳属于合金材料 B.探测器上太阳能电池板所用的晶体硅与光导纤维成分相同 C.探测器使用的陶瓷绝缘材料属于无机非金属材料 D.探测器外壳用的SiC增强铝基复合材料密度小、强度高、刚性好 解析:选B　铝硅封装外壳中含铝单质和硅单质,属于合金材料,故A正确;光导纤维的主要成分是二氧化硅,与晶体硅成分不同,故B错误;陶瓷绝缘材料属于无机非金属材料,故C正确;SiC增强铝基复合材料可用于制造探测器外壳,具有密度小、强度高、刚性好的特点,D项正确。 4.如何解释在半导体工业中有这样一句行话:“从沙滩到用户”?　 。  答案:粗硅制备的原料为来自沙滩的沙子,沙子的成分为SiO2,粗硅提纯得到纯硅,广泛用于制备半导体材料、芯片 学科网（北京）股份有限公司 $