人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料获奖课件ppt

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硅酸盐材料 / 新型无机非金属材料 / 随堂演练　知识落实 / 课时对点练
核心素养 发展目标
1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。
2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。
3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强学生关注社会的意识和责任感。
二、新型无机非金属材料
1.无机非金属材料从组成上看，许多无机非金属材料多含___、___等元素，具有_______、_______、_______等特点，以及特殊的_____、_____等性能。
2.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧_______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__个O，每个O结合__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___、___溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
(3)最简单的硅酸盐——Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可用作黏合剂和防火剂。硅酸钠溶液与CO2反应的化学方程式为_______________________________________。
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3
纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)
(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( )
1.(2022·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
陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、耐高温，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
2.世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。(1)生产硅酸盐产品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是______。制备普通玻璃的主要反应的化学方程式为___________________________________________________________________。由方程式_____(填“能”或“不能”)判断出酸性H2SiO3＞H2CO3。
CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋
CO2↑、Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑
(2)作场馆建筑材料黏合剂和防火剂的硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。①硅酸钠在空气中易与二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式：___________________________________。由此得出酸性：H2SiO3___(填“＞”或“＜”)H2CO3。②硅酸钠和盐酸反应的离子方程式：_____________________。
(3)博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土[AlnSi2O5(OH)4]。下列说法正确的是______(填字母)。A.古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品B.高岭土为含水的铝硅酸盐C.n＝3D.我国在新石器时代已能烧制陶器
根据化合物中正负化合价代数和为0的原则：n×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋4×(－1)＝0，解得n＝2，C错误。
1.硅和二氧化硅(1)硅硅位于元素周期表第___周期、第_____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，是应用最广泛的_______材料。硅在自然界主要以_______和_______的形式存在。
其中涉及的主要化学反应为①________________________________；②________________________；③__________________________。
(3)硅和二氧化硅的用途①高纯硅广泛用于_____技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制造_____和_____________等。②SiO2用于生产_________。
(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)二氧化硅因具有良好的导电性，可以用来生产光导纤维( )(4)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体( )(5)富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳( )
(1)在实验室盛放碱溶液时，试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因是SiO2是_____氧化物，能与强碱溶液反应，SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为_____________________________。Na2SiO3会使玻璃塞与瓶口内侧发生黏连而无法打开。(2)氢氟酸是HF的水溶液，生产磨砂玻璃时可以用氢氟酸溶蚀玻璃，是因为氢氟酸可与SiO2反应生成SiF4气体和水，其化学方程式为_____________________________。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
4HF===SiF4↑＋2H2O
(3)有同学由此得出来SiO2是两性氧化物，你认为这个观点对吗？
提示　不对，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？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。
1.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
“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷的主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素处于最高价态，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是A.水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
水玻璃为硅酸钠的水溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。
3.下列有关硅及其化合物的说法正确的是A.在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO2 2CO↑＋Si，Si被还原，所以 C的还原性大于SiB.Na2SiO3属于盐，不属于碱，所以Na2SiO3溶液可以保存在带磨口玻璃 塞的试剂瓶中C.用SiO2制取硅酸，应先使SiO2与NaOH溶液反应，然后通入CO2D.由Na2CO3＋SiO2 CO2↑＋Na2SiO3可知，H2SiO3的酸性大于H2CO3
Si与C同主族，Si的还原性比C的强，但在高温下能发生反应2C＋SiO2 2CO↑＋Si，A项错误；不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放Na2SiO3溶液，因为Na2SiO3溶液本身是一种黏合剂，B项错误；SiO2是酸性氧化物，但不能与水反应，所以制取硅酸可用可溶性硅酸盐与CO2或盐酸反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓、Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，C项正确；Na2CO3与SiO2在高温下的反应与对应酸的酸性强弱无关，该反应说明硅酸盐在高温下比碳酸盐更稳定，D项错误。
4.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。(1)下列物质不含有硅酸盐的是___(填字母)。A.陶瓷 B.玻璃C.水泥 D.生石灰
生石灰是CaO，为碱性氧化物且不含Si，不含有硅酸盐。
(2)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_____________________________，工艺师常用_______(填物质名称)来雕刻玻璃。
SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_______。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是___(填字母)。A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚
Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂。SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。
(4)工业上常利用反应2C＋SiO2 Si＋2CO↑制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是___(填化学式，下同)，氧化剂是_____。
该反应中C被氧化，SiO2中＋4价的硅元素被还原，因此SiO2作氧化剂。
题组一　传统无机非金属材料1.(2022·长沙高一月考)硅是带来人类文明的重要元素之一，科学家也提出硅是“21世纪的能源”。这主要是由于硅及其化合物对社会发展所起的巨大促进作用。下列关于硅及其化合物的说法中错误的是A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料B.高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路”C.陶瓷、玻璃、水泥容器均不能贮存氢氟酸D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类，传统无机非金属材料的主要成分是硅酸盐，如玻璃、水泥、陶瓷等，新型无机非金属材料的主要成分不是硅酸盐，D项错误。
2.SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列说法正确的是A.图中所有反应都不属于氧化还原 反应B.硅酸盐的化学性质稳定，常用于制造光导纤维C.可用盐酸除去石英(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。
题组二　新型无机非金属材料3.平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了在－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象。下列说法不正确的是A.石墨烯是能导热的金属材料B.铝合金是密度较小的金属材料C.碳纤维是无机非金属材料D.新型材料种类多、用途广
石墨烯是碳的一种单质，属于无机非金属材料，故A项错误。
4.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃条件下反应制得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途不可能是A.制汽轮机叶片 B.制有色玻璃C.制永久性模具 D.制造轴承
氮化硅是一种高温结构陶瓷，属于新型无机非金属材料，由于氮化硅硬度大、熔点高、化学性质稳定，则强度高、耐磨、耐腐蚀，故可以制汽轮机叶片、轴承，制造永久性模具等。
题组三　硅及其化合物5.下列有关硅的说法不正确的是A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B.硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
A项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；C项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与F2、HF等物质发生反应，错误；D项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。
6.下列关于二氧化硅的叙述正确的是A.硅原子和碳原子最外层电子数相同，二氧化硅和二氧化碳分子结构也 相同B.二氧化硅能与氢氧化钠溶液和氢氟酸反应，所以二氧化硅是两性氧化物C.二氧化硅中硅元素为＋4价，二氧化硅具有氧化性D.在二氧化硅中，每个硅原子结合2个氧原子
在二氧化硅中，每个硅原子与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，形成具有立体网状结构的晶体，不存在单个的二氧化硅分子，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子数目比是1∶2，二氧化碳分子是直线形分子，结构不同，故A、D错误；二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，没有生成盐，不属于碱性氧化物，与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，不是两性氧化物，故B错误；在高温下，二氧化硅能与单质碳反应生成单质硅和一氧化碳，硅元素的化合价由＋4价降低为0价，二氧化硅具有氧化性，故C正确。
7.关于下列反应的叙述正确的是A.由SiO2＋2C Si＋2CO↑可推知硅的非金属性比碳强B.由CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强C.由Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓可推知碳的非金属性比 硅强D.H2CO3比H2SiO3受热易分解可推知H2SiO3的酸性比H2CO3强
根据反应SiO2＋2C Si＋2CO↑分析，高温下碳的还原性比硅强，但不能说明C、Si的非金属性强弱，选项A错误；反应CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑是在非水溶液状态下进行的，因此无法判断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱，选项B错误；碳酸与硅酸钠溶液反应生成硅酸说明H2CO3的酸性比H2SiO3强，由此可知碳的非金属性比硅强，选项C正确；H2CO3比H2SiO3受热易分解，仅能证明H2SiO3比H2CO3稳定，无法判断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱，选项D错误。
8.下列有关硅及其化合物的说法正确的是A.硅在自然界中以游离态和化合态两种形式存在B.硅晶体是良好的半导体，可用于制造光导纤维C.木材浸过水玻璃后，不易着火D.SiO2是酸性氧化物，不与任何酸发生反应
硅是亲氧元素，在自然界中只能以化合态形式存在，A不正确；硅晶体能够导电，是良好的半导体，光导纤维是由二氧化硅制得的，B不正确；水玻璃是硅酸钠的水溶液，它具有不易着火的性质，所以用水玻璃浸渍后的木材，不易着火，C正确；SiO2能与氢氟酸反应，D不正确。
9.(2022·烟台高一期中)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可用于制造光导纤维B.步骤Ⅱ的反应是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4C.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
SiO2可用于制造光导纤维，A项正确；步骤Ⅱ中硅酸钠和稀硫酸反应生成硅酸沉淀，化学方程式是Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4，B项正确；碳酸的酸性强于硅酸，因此步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2替代，C项正确；若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行，蒸发皿不能用于灼烧固体，D项错误。
10.下列关于硅酸及其盐的叙述不正确的是A.硅酸是一种弱酸，可由其酸性氧化物SiO2与水化合而制得B.硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，黏土的主要成分是硅酸盐C.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，具有黏合性D.SO2通入Na2SiO3溶液中产生胶状沉淀，说明酸性H2SO3＞H2SiO3
SiO2与水不反应，A项错误。
11.(2020·浙江7月选考，24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是A.可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB.具有吸水性，需要密封保存C.能与SO2反应生成新盐D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
Ca3SiO5可看作CaSiO3·2CaO，它与NH4Cl固体混合加热反应，生成CaSiO3、CaCl2、NH3和H2O，A正确；Ca3SiO5能够吸水，故需要密封保存，B正确；由于H2SO3的酸性强于H2SiO3，Ca3SiO5与SO2反应可生成CaSO3，C正确；Ca3SiO5与足量盐酸作用，析出H2SiO3沉淀，故所得固体产物主要是H2SiO3，D错误。
12.晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有_______(填序号)。(2)写出反应①的化学方程式：_______________________________。
(3)化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 373～1 623 K反应，可生成化合物W，则反应的化学方程式是________________________________________。
(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是_____(填化学式，下同)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是__________。
气体A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是作为减排目标的气体，CO2或HCl通入Na2SiO3溶液中都能够生成白色沉淀(H2SiO3)。
13.某实验小组设计了如图装置探究焦炭还原二氧化硅。已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是___________________________________________。
碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中的氧气、水蒸气反应，所以实验时要将装置中的空气排尽。
避免空气中的O2、CO2、水
(2)装置B的作用是___________________。
根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为__________、_________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为___________________________________。
根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳生成，经检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2＋4C 2CO2↑＋2CO↑＋3Si。
(4)该装置的缺点是_______________。
一氧化碳有毒，不能排放到空气中。
(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_________________________________________。
验证碳酸、硅酸的酸性强弱，先将产生的CO2气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明酸性：H2CO3>H2SiO3。
向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊
14.单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a.四氯化硅接触水会发生化学反应；b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c.有关物质的物理常数见下表：
请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的化学方程式：________________________________________，D中发生反应的化学方程式：__________________。
(2)A中g管的作用是_________________________，装置C中的试剂是_______，作用是_________。
平衡气压，便于浓盐酸滴落
A中g管可以使内外压强相等，便于液体顺利流下；生成的氯气中混有氯化氢和水蒸气，首先利用饱和食盐水除去氯化氢，最后干燥氯气，则装置C中的试剂是浓硫酸，作用是干燥氯气。
(3)装置E中的h瓶需要冷却的理由是_____________________________。
根据表中数据可知四氯化硅沸点低，因此装置E中的h瓶需要冷却的理由是冷凝收集四氯化硅。
四氯化硅沸点低，需要冷凝收集
(4)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_______(填写元素符号)。
根据表中数据可知，BCl3的沸点较低，蒸出四氯化硅时，BCl3也被蒸出；则精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是Al、P。