人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料课前预习课件ppt

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料课前预习课件ppt，共40页。PPT课件主要包含了硅和二氧化硅，知识点一，化合态，氧化物，新型无机非金属材料，知识点二，答案提示不是等内容，欢迎下载使用。

1.硅(1)硅元素的存在①含量:在地壳中的含量为26.3%,仅次于　　。 ②存在:全部以　　　　形式存在,主要是　　　　和硅酸盐。 (2)硅的物理性质硅晶体的熔点　　,硬度大。 
(3)硅的化学性质 ①与氢氟酸反应:　　　　　　　　　　　 　　　　　。 ②与NaOH溶液反应:　　　　　　　　　　　　　　。 ③与O2反应:Si+O2 SiO2。
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
(4)工业制备高纯硅的方法 (5)硅的用途半导体材料,如硅芯片及光电池的主要原料。
2.二氧化硅(1)存在SiO2存在形态有　　　形和无定形两大类,统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是　　　　　。 (2)物理性质熔点:　　;硬度:　　;溶解性:　　溶于水。 (3)化学性质①稳定性：不与水、一般的酸反应,但能与HF反应:　 。
4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O
②具有酸性氧化物的性质与CaO反应:CaO+SiO2 CaSiO3。③与NaOH反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。(4)用途①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料,可以制作　　　　　。 ③制造电子工业的重要部件、光学仪器。④石英和玛瑙制作饰物和工艺品。
[素养养成] 1.碳与硅的最外层均为4个电子,且碳比硅活泼,但碳在自然界中有稳定的单质,硅却没有,为什么?
[答案]提示:硅为亲氧元素,在自然界中不能稳定存在。
2.为什么CO2和SiO2在化学性质上具有一定的相似性而物理性质差异很大?
[答案]提示:SiO2和CO2均属于酸性氧化物,故化学性质相似。CO2是由分子构成的,而SiO2是空间立体网状结构,故二者物理性质差异大。
3.如何利用二氧化硅制取纯硅?
例1 我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世,填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(　　)A.晶体硅和金刚石的物理性质相似B.晶体硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质发生反应C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它的提炼工艺复杂,价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电
[解析] 晶体硅的结构与金刚石相似,是具有正四面体形的空间立体网状结构,所以物理性质与金刚石相似,熔、沸点高,硬度大;硅的化学性质不活泼,但常温下可与F2、HF和强碱
反应;晶体硅是一种良好的半导体材料,价格不算昂贵,被广泛使用;晶体硅是一种非金属单质,虽然它具有金属光泽。
例2 被誉为“光纤之父”的华人科学家高锟曾荣获诺贝尔物理学奖。下列叙述正确的是(　　)A.CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸B.SiO2与CO2都属于酸性氧化物,都不能与酸反应C.SiO2与CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应D.水晶的主要成分是SiC
[解析] A项,CO2与水反应,SiO2不与水反应,也不溶于水;B项,SiO2为酸性氧化物,能与HF反应,但 CO2不与酸反应;C项,SiO2能与 NaOH溶液反应,SiO2+2NaOH= Na2SiO3+H2O;D项,水晶的主要成分是SiO2,SiC俗称金刚砂。
[易错警示] 硅与二氧化硅性质不能混淆(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途:用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2,用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。(2)不要混淆常见含硅物质的成分:①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2,而不是硅酸盐。③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
(3)碳和硅原子结构相似,但CO2和SiO2在结构、性质上却有很大差异。解答此类问题时应注意SiO2的特性,避免机械套用CO2的性质。(4)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。(5)CO2与酸不反应,SiO2能与氢氟酸反应。
1.碳化硅俗称　　　　,具有　　 　　　的结构,硬度很大,可作砂纸、砂轮的磨料。 2.高温结构陶瓷用　　　　、　　　　或某些金属氧化物等在高温下烧结而成。如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。 3.压电陶瓷主要有　　　盐和　　　盐等,能实现机械能与电能的相互转化,具有压电效应。 
4.透明陶瓷主要有　　　　、氧化钇等氧化物透明陶瓷和　 、氟化钙等非氧化物透明陶瓷。5.超导陶瓷:具有超导性。6.碳纳米材料主要包括　　　　、　　　　　、　　　　等。 (1)富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其中　　 是富勒烯的代表物; (2)碳纳米管可看成由　　　　片层卷成的管状物; (3)石墨烯是只有一个　　原子直径厚度的单层石墨。 
[素养养成] 新型陶瓷在组成上是不是属于硅酸盐体系?
例3 下列哪些材料是新型无机非金属材料(　　)①氧化铝陶瓷　②氮化硅陶瓷　③碳化硅陶瓷④氮化铝陶瓷　⑤氮化钛陶瓷　⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化铜陶瓷A.①②③ B.①③④⑤ C.①⑤⑥ D.全部
[解析] 新型无机非金属材料继承传统无机非金属材料的许多优点,克服某些弱点。题中都是新型无机非金属材料。
例4 根据不同部位工作条件的不同,航天飞机使用了多种防热材料。例如,机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中,错误的是(　　)A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,可以作为高级耐火材料B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,它是生物陶瓷C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,可用于制造陶瓷发动机的受热面D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点,但是强度比较差
[解析] 高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等,属于新型无机非金属材料,可以作为高级耐火材料,A正确;氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,是生物陶瓷,B正确;氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,可用于制造陶瓷发动机的受热面,C正确;新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点,克服了传统无机非金属材料的缺点,具有较高的强度和耐磨性,D错误。
[易错警示] 传统无机非金属材料与新型无机非金属材料区别(1)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
1.硅被誉为无机非金属材料的主角,下列物品用到硅单质的是(　　)A.陶瓷餐具 B.石英钟表 C.计算机芯片D.光导纤维
2.下列叙述中,正确的是(　　)A.自然界中存在大量的单质硅B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C.二氧化硅的化学性质活泼,能跟酸或碱溶液发生化学反应D.自然界中硅元素都存在于石英中
[解析] 自然界中硅元素含量很高,但都以化合态形式存在,A项错误;二氧化硅的性质稳定,C项错误;硅元素是亲氧元素,主要以氧化物和硅酸盐的形式存在,D项错误。
3.关于地壳中含量占第一位和第二位的元素之间形成的化合物,有关其说法正确的是(　　)A.化学性质不活泼 B.可溶于水且显酸性C.熔沸点较低,物理性质与CO2相似 D.是酸性氧化物,不溶于任何酸
[解析] 该化合物为SiO2,SiO2不溶于水、熔沸点很高,与氢氟酸反应。
4.据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是(　　)A.它耐高温抗氧化B.它比钢铁轻、硬,但质地较脆C.它没有固定的熔点D.它是一种新型无机非金属材料
[解析] 由航空材料的成分组成知其质轻、具有耐高温抗氧化等性质,由于这种材料能增加韧性,故质地不会较脆,故B错,A正确;复合材料属于混合物,没有固定的熔点,由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的材料属于新型无机非金属材料,C、D正确。
5.从石墨中分离出来的石墨烯是已知最薄、最坚硬的物质,可制成电阻率最小的纳米材料,其结构如图所示。下列关于石墨烯的说法正确的是(　　)A.具有良好的导电性 B.属于高分子化合物C.与金刚石互为同位素 D.不能与氧气发生反应
[解析] 石墨烯是由碳原子组成的单质,与金刚石互为同素异形体,与氧气反应生成CO2。
6.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题:(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅,三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯) 高纯硅①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式:　　 　　　　　　　。 
6.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题:(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅,三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯) 高纯硅②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出这一过程的化学反应方程式:　　 　　　　　　　　　　　。H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是　　　　　。 
SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+3HCl+H2↑
[解析] SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、HCl和H2;用H2还原SiHCl3过程中若混入O2,则高温下H2与O2反应发生爆炸。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是　　　　(填字母)。 A.碳化硅化学性质稳定,可用于砂纸、砂轮的磨料B.氮化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高E.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
[解析] A项,碳化硅的熔点高、性质稳定,可用于生产砂纸、砂轮的磨料;B项,氮化硅的熔点高,硬度大,可用于制作高温陶瓷或轴承;普通玻璃是由石英砂(SiO2)、石灰石、纯碱在高温下反应产生的,玻璃是混合物,没有固定熔点,D不正确;Si与HCl不反应,E不正确。
1.硅单质及其化合物在材料领域一直扮演着重要角色。下列叙述中,不正确的是(　　)A.石英可用来制作工艺品B.硅单质可以用来制造太阳能电池C.硅单质是制造玻璃的主要原料D.水玻璃可用作黏合剂和防火剂
[解析] 石英又称水晶,宝石级水晶可用来制作工艺品,A项正确;硅单质是良好的半导体材料,可用来制造太阳能电池,B项正确;制造玻璃可用石英,而不是硅单质,C项错误;水玻璃是硅酸钠的水溶液,可用作黏合剂和防火剂,D项正确。
2.下列与化学有关的表述正确的是(　　)A.硅燃烧放出的热量多,污染小,便于运输、贮存,可作为一种新型能源B.光导纤维可用作通信材料是因为其具有导电性C.高纯度的单晶硅用于制造登月车的光电池和光导纤维D.水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品
[解析] 硅为固体燃料,燃烧生成二氧化硅固体,其污染容易得到有效控制,硅的化学性质不活泼,运输、贮存比较容易,A正确;光导纤维的主要成分是二氧化硅,是光通信的传输材料,传导的不是电信号,而是光信号,故称其为光导纤维,B错误;
高纯度的单晶硅用于制造登月车的光电池,但是制造光导纤维的材料是二氧化硅,C错误;水晶项链是二氧化硅制品,餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品,D错误。
3.月球的矿产资源极为丰富,仅月面表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨,月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg或Fe)2SiO4]等,下列说法或分析不正确的是(　　)A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B.橄榄石中铁为+2价C.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气D.斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2
[解析] 根据辉石(CaMgSi2O6)、斜长石(KAlSi3O8)和橄榄石[(Mg或Fe)2SiO4]的元素组成,可知它们均属于硅酸盐矿, A项正确;橄榄石[(Mg或Fe)2SiO4]中根据化合价的代数和等于0可得+4+2x=8,解得x=2,B项正确;
铁属于活泼金属,由于月球表面几乎没有氧气,所以月球上有游离态的铁,C项正确;斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2,D项错误。
4.氮化硅是一种重要的高温结构陶瓷,为立体网状结构的晶体,属于超硬物质,本身具有润滑性,并且耐磨损,抗腐蚀能力强,高温时抗氧化。人们常常利用它来制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。(1)下列有关该陶瓷的说法中正确的是　　　(填字母,下同)。 A.氮化硅的分子式为Si3N4 B.该陶瓷虽耐高温,但抗震性差、易断裂C.该陶瓷在高温时,易与氧气反应 D.氮化硅陶瓷制成的机械部件一般不需要润滑剂
[解析]氮化硅为立体网状结构的晶体,不存在单个分子,Si3N4不是其分子式,而是化学式,A错误;由氮化硅是高温结构陶瓷、抗氧化、有润滑性可知B、C错误,D正确。
(2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强,但遇上氢氟酸会发生反应:Si3N4+HF+H2O→H2SiO3+NH4F。下列有关说法中正确的是　　　。 A.该反应为氧化还原反应B.该反应配平后的化学计量数依次为1、4、9、3、4C.氢氟酸是一种超强酸D.Si3N4为共价化合物,NH4F为离子化合物
[解析] Si3N4与HF反应,无元素化合价的变化,A项错误;氢氟酸是一种弱酸,C项错误。
(3)氮化硅可由硅的氯化物与氨在一定条件下反应得到,试写出该反应的化学方程式:　 。 
5.A、B、C、D、E代表单质或化合物,它们之间的相互转化关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质,其晶体结构与金刚石相似。请填空:(1)组成A单质的元素的最高化合价为　　　　。 (2)B的化学式为　　　　,B和碳反应生成A和E的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)C的化学式为　　　　,D的化学式为　　　　。 (4)若在D溶液中滴加盐酸现象为　　　　　　　　　,写出反应的离子方程式:　　　　　　　　　 。 
[解析] 本题题眼为“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质,其晶体结构与金刚石相似”,推知A为硅;根据框图B+C(碳)→Si+E,B既能与氧化钙反应又能与氢氧化钠反应,推知B为二氧化硅,进一步推知C为硅酸钙,D为硅酸钠,E为一氧化碳。