高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料授课ppt课件

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料授课ppt课件，共56页。PPT课件主要包含了课前自主学习，硅酸盐材料，石英砂，新型陶瓷，信息医药，课堂合作探究，课堂素养达标等内容，欢迎下载使用。
学习任务一　硅酸盐材料任务驱动:　陶瓷,英语:china。中国人早在约公元前8 000～2 000年(新石器时代)就发明了陶器。用陶土烧制的器皿叫陶器,用瓷土烧制的器皿叫瓷器。陶瓷则是陶器、炻器和瓷器的总称。你知道硅酸盐产品有哪些吗?1.传统无机非金属材料多为___________,如水泥、玻璃、陶瓷等。
2.三种常见的硅酸盐产品
【做一做】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而制得。试写出发生主要反应的化学方程式。
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+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
学习任务二　新型无机非金属材料任务驱动:　新型无机非金属材料,指的是一类新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐材料。如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。这些材料有哪些用途呢?
1.硅和二氧化硅(1)硅①硅的存在:硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。②硅的制备石英砂 Si(粗) SiHCl3 Si(纯)对应化学方程式为__________________________;______________________;_________________________
SiO2+2C Si+2CO↑
Si+3HCl SiHCl3+H2
SiHCl3+H2 Si+3HCl
③硅的用途高纯的单晶硅是重要的半导体材料,可制作硅芯片;作新型能源,如光电池等。(2)二氧化硅的性质①二氧化硅是一种酸性氧化物SiO2+2NaOH=====Na2SiO3+H2OSiO2+CaO CaSiO3
②二氧化硅能与氢氟酸反应SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O③二氧化硅难溶于水,不能与水反应生成硅酸用途:二氧化硅可用来生产光导纤维。
【想一想】(1)硅的化学性质不活泼,是不是与任何物质均不能反应呢?提示:不是。Si与O2反应生成SiO2。(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,上述反应是在高温条件下发生的,故不能比较还原性的强弱。
(3)实验室里存放NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡皮塞而不用玻璃塞?提示:玻璃的成分中含有SiO2,能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3而使瓶塞与瓶口粘在一起,不易打开。(4)SiO2既能与NaOH溶液反应又能与HF反应,SiO2属于两性氧化物吗?提示:SiO2不属于两性氧化物,SiO2与盐酸、硫酸等强酸不反应。
3.碳纳米材料碳纳米材料在_________________等领域有着广阔的应用前景。
【情境·思考】从陶瓷材料发展的历史来看,经历了三次飞跃。由陶器进入瓷器这是第一次飞跃;由传统陶瓷发展到精细陶瓷是第二次飞跃;精细陶瓷粉体的颗粒较大,属微米级,用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级,用这种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料,得到新一代纳米陶瓷,这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷具有延性,有的甚至出现超塑性。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。
试分析传统无机非金属材料和新型无机非金属材料各有什么优点?提示:传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较:传统无机非金属材料具有性质稳定,抗腐蚀耐高温等优点,但质脆,经不起热冲击。新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。
【探究任务】硅的性质及制备 【社会情境】　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。
硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的集成电路。硅光芯片具有集成度高、成本低、传输性更好等特点。硅元素在地壳中以什么形式存在?如何制得单质硅?
【问题探究】1.Si的性质(1)Si能与非金属单质反应,写出Si分别与F2、O2、Cl2反应的化学方程式:________________、 _______________________、 __________________。提示:Si+2F2====SiF4Si+O2 SiO2Si+2Cl2 SiCl4
(2)Si与氢氟酸反应生成H2,试写出反应的化学方程式: _________________。 提示:Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。(3)Si与Al相似,也与NaOH溶液反应生成H2,写出反应的化学方程式:_______。 提示:Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑。(4)硅既能与氢氟酸发生反应,又能与氢氧化钠溶液发生反应,两个反应中除了硅作还原剂外,还分别体现了硅的什么性质?提示:与氢氟酸反应产生氢气,体现了硅的金属性,与氢氧化钠溶液反应产生氢气,体现了硅的非金属性。
2.硅的制备(1)自然界中硅能以游离态和化合态形式存在吗?提示:硅是一种亲氧元素,在自然界中总是与氧化合,以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在,不能以游离态形式存在。(2)用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时,为什么生成CO而不是CO2?提示:制取粗硅时,工业生产中使用过量焦炭,发生反应C+CO2 2CO,因而产物为CO。
(3)硅的还原性强于C,为什么C能从SiO2中还原出Si?提示:反应2C+SiO2 Si+2CO↑之所以能发生,是由于该反应是高温条件下固体间的反应,生成的CO脱离反应体系,从而使反应能继续进行。
【探究总结】1.硅的制备硅单质是由其氧化物制得的,主要分为两个阶段:(1)粗硅的制备:2C+SiO2 Si(粗)+2CO↑。(2)纯硅的制备:Si+3HCl SiHCl3+H2;SiHCl3+H2 Si+3HCl
2.在设计制备纯硅的实验题中,常遇到的知识点(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅:SiO2+2C Si(粗)+2CO↑(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si(粗)+3HCl SiHCl3+H2(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4:Si(粗)+2Cl2 SiCl4
(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅:SiHCl3+H2 Si(纯)+3HCl(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅:SiCl4+2H2 Si(纯)+4HCl(6)SiO2+2Mg 2MgO+Si
(7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应:SiHCl3+3H2O====H2SiO3↓+3HCl+H2↑SiCl4+3H2O====H2SiO3↓+4HCl(8)SiH4在空气中易自燃:SiH4+2O2====SiO2+2H2O
【知识拓展】硅及其化合物性质的“九大反常”(1)碳族元素的主要化合价一般是+2、+4,而硅常见的是+4。(2)硅的还原性比碳强,而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。(3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气,而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应),Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
(5)SiO2是酸性氧化物,能够与碱反应,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3。(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但SiO2的熔、沸点却很高。(7)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2却能与氢氟酸作用。SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O。(8)无机酸一般易溶于水,而H2SiO3却难溶于水。(9)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,但在高温下Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑也能发生。
【探究特训】1.硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中,正确的是(　　)
A.如图是常见于汽车中的小摆件“苹果花”,它的动力是以Si为原料制作的太阳能电池B.晶体硅的主要用途是制造光导纤维C.硅是地壳中含量最多的元素D.硅的化学性质很稳定,因此硅在自然界中以游离态形式存在【解析】选A。晶体硅是良好的半导体材料,主要用途是制作太阳能电池、集成电路,A项正确、B项错误;氧是地壳中含量最多的元素,C项错误;硅是亲氧元素,在自然界中以化合态形式存在,D项错误。
2.(2020·宜春高一检测)下列转化关系中,不能通过一步反应实现的是(　　)①SiO2→Na2SiO3　②CuSO4→CuCl2　③SiO2→H2SiO3④CuO→Cu(OH)2　⑤Na2O2→Na2SO4A.①②　　　B.③④　　　C.②③④　　　D.②③④⑤【解析】选B。①中SiO2可与NaOH或Na2CO3反应生成Na2SiO3;②中CuSO4可与BaCl2反应生成BaSO4和CuCl2;③中SiO2不能与H2O反应,所以不能由SiO2一步制得H2SiO3;④中CuO不能与H2O反应一步生成Cu(OH)2;⑤中将Na2O2加入稀H2SO4中反应即可得到Na2SO4。
【补偿训练】　　1.(2020·孝感高一检测)锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)与碳、硅两元素同位于第ⅣA族,其原子序数按锗、锡、铅的顺序依次增大,则下列推断一定不正确的是(　　)A.铅可形成PbO、PbO2两种氧化物B.锗与盐酸不反应,锡、铅能与盐酸反应C.锗、锡、铅的+4价氢氧化物的碱性:Ge(OH)4