第三节 无机非金属材料.docx

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1、第三节无机非金属材料学业要求核心素养对接1 .了解硅酸盐的性质及组成。2 .认识硅、二氧化硅的性质、用途。3 .了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。1 .通过对硅酸盐结构的了解培养学生宏观辨识与微观探析的能力。2 .通过对几种重要无机非金属材料的生产及用途学习，培养学生科学精神与社会责任。基4$自主学习预习基础知识知识梳理知识点一硅酸盐材料玻璃如上图，常见的无机非金属材料有玻璃、陶瓷、水泥，它们究竟有什么样的性质呢？1.硅酸盐性质：硅酸盐性质稳定,熔点较高,多数难溶于水。(2)表示方法：硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2,钠长

2、石(NaA1Si3。8)可表示为Na2OA12O36SiO2o(3)最简单的硅酸盐Na2SiO3物理性质/白色固体易溶于水I冰溶液俗称水玻璃士卜离子方程式：SiO:+2H+H.,SiON化学性质:Na2S1()1与酸反应过量离子方程式：2C()2+Si()T+2H?()=CO22HCO；+H2SiO3用途巴一制备硅胶和木材防火剂的原料2.传统的无机非金属材料硅酸盐产品玻璃水泥陶瓷主要原料纯碱、石灰石、五英石灰石、黏土黏土主要设备玻璃熔炉水泥回转窑陶瓷窑主要反应Sio2+Na2co3量遢=Na2SiO3+C2t、SiO2+CaCo3逼逅CaSiO3+CChtXX主要成分普通玻璃Na2SiO3、C

3、aSiO3、Sio2硅酸三钙(3CaOSiCh)硅酸二钙(2CaOSio2)、铝酸三钙(3CaOAb3)硅酸盐知识点二新型无机非金属材料硅SiO2新型陶C,和碳钠米管瓷手表请结合本节内容，完成对上图物质的学习。硅和二氧化硅1 .硅(1)周期表中位置位于元素周期表第三周期、第RA族的硅元素，正好处于金属与韭金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的主导住材料。(2)自然界存在硅在自然界主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。(3)硅的制备与提纯工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅

4、转化为三氯硅烷(SiHC13),再经氢气还原得到高纯硅。SiO2+2C通亚Si+2C0t0(4)用途高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及太阳能光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。(5)化学性质常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF(氢氟酸)、强碱(如NaoH)溶液反应。Si2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4t+2H2t,见课后题Si+2NaOH+H2Q=Na2SiOs+2H21o加热条件下和某些非金属单质(如。2、C12)发生反应。SiO2=SiO202 .二氧化硅(1)存在：Si2广泛存在于自然界中，

5、是沙子、石英的主要成分。纯净的Si2又称水晶。(2)物理性质状态颜色熔点硬度水溶性晶体无色&大不溶(3)化学性质具有酸性氧化物的通性:a.常温下SiO2与强碱溶液反应生成盐和水：SiQ2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；b.高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：SiO2+CaO=CaSiO30弱氧化性：Sio2+2C奥暹Si(粗)+2COt。特性：与氢氟酸(HF)反应：Si24HF=SiF4t+2H20q此反应常被用来刻蚀玻璃。3 .光导纤维主要成分：SiO2Q高温结构陶瓷压电陶瓷,透明陶瓷4 .新型陶瓷、超导陶瓷富勒烯碳钠米管5 .碳钠米材料石渥烯微判断(1)因为硅的化学性质不活泼，所以

6、在自然界中有游离态的硅存在()(2)SiCh是酸性氧化物，所以SiCh能与HzO反应生成硅酸()因为SKh能导电，所以SiOz能用于制造光导纤维()(4)熔融NaOH可用石英用埸盛放()(5)Si2晶体是由SiCh分子直接组成的()光导纤维在强碱条件下易发生“断路”()硅酸钠可以改写为Na2OSiO2,故硅酸钠是混合物，含有NazO和SiCh()(8)硅酸钠俗称水玻璃，是一种防火剂()(9)硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质()(10)普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石()(11)光电池可以将光能直接转化为电能()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10) (11)微训练

7、1 .玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是（）A.氮B.硫C.硅D.氯解析玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。答案C2 .下列关于硅及二氧化硅的化学性质的化学方程式书写错误的是（）A.硅与氢氟酸反应：Si+4HF=SiF4t+2H2tB.硅与烧碱溶液反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2tC.硅与盐酸反应：Si+4HC1=SiC14+2H21D.二氧化硅在高温下被C还原：SiO2+2C=Si+2COt解析常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。加热或高温条件下能与C、C12、

8、02等发生反应，化学方程式分别为Si+C直逞SiC、Si+2Cb逋遍SiCI4、Si+02兽=Sio2。答案C3 .下列关于硅、硅酸盐的说法正确的是（填序号）。硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫硅石。硅的导电性介于导体与绝缘体之间。硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应。水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐材料。高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维。解析硅在自然界中只有化合态，没有游离态，硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，硅石的主要成分是Si2,不正确；正确；硅在常温下能与F2、HF和强碱溶液反应，不正确；水晶的成分是SiO2,不正确；SiCh用于制光导纤维而不是硅，不正确。答案微思考1 .制

9、造玻璃时发生以下反应：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2O该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？为什么？提示不能。SiCh与Na2CO3反应，是在高温下，且生成的产物是CO2气体，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3酸性强于H2CO302 .单质硅在常温下化学性质不活泼，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？提示错误。硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧相互化合，以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。所以自然界中无游离态的硅存在。核心互动探究突破核心任务：学习任务/硅及其化合物的特性和制备交流讨论I焦炭IIHQI工业制备高纯硅的原理示意图其中涉及的主要化学反

10、应为：SiO2+2C18=cSi+2COI Si+3HC1SiHC13+H2 SiHCb+H21422=Si+3HC1名师归纳1 .硅及其化合物特性(1)SiSiCh都能与氢氟酸反应。(2)常见单质中能与NaOH溶液反应产生H2的有金属A1非金属Sio(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。(4)硅酸是不溶于水的弱酸。2 .硅单质的化学性质(1)在常温下，能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应与氟气反应：Si2F2=SiF4与氢氟酸反应：Si+4HF=SiF4t+2H2t与NaOH溶液反应Si+2Na0H+H2O=Na2SiO3+2H2t（2）加热和高温时，能与02、C

11、12、C等反应与02反应：Si+2兽=Sio2与Cb反应：Si+2Ch=SiC14与C反应：Si+C=暹SiC3 .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+Si2=j需Si（粗硅）+2Cot（2）纯硅的制备：Si（粗硅）+2Cb=SiC14SiQ4+2H2=亚Si（纯硅）+4Hc1。【例题1】高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：DCCyEHQrs过量H2Q.,姑、S102S1（粗）前院SIHCI3OOOOOCSI（纯）下列说法正确的是（）A.步骤的化学方程式为SiO2+C=S

12、i+CO21B.步骤中每生成或反应ImO1S1转移4mo1电子C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D.SiHC13（沸点33.0C）中含有少量的SiC14（沸点67.6C）,通过蒸储（或分馈）可提纯SiHC1j解析A项，产物应为CO,错误；B项，第、步中转移2mo1电子，错误;C项，硅可与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，错误；D项，根据物质的沸点不同可用蒸储的方法进行分离，正确。答案D变式训练1下列关于硅的说法中，错误的是（双选）（）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，但比金刚石硬度大，熔点高C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反

13、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，常温能与氟气、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。答案BC学习任务2(核心素养)硅酸盐的组成和性质一、知识要点1 .表示方法(1)化学式法：如硅酸钠(Na2Si3)硅酸钙(CaSio3)等。此法一般用于组成比较简单的硅酸盐。氧化物法：一般用于组成比较复杂的硅酸盐。各氧化物的排列顺序：较活泼金属氧化物一较不活泼金属氧化物-SiChfHzO。氧

14、化物化学式之间用隔开。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素均表示成化合价相同的氧化物,并按前后原子个数守恒原则配置系数。系数出现分数时化为整数。如石棉：Mg3Ca(Si3)4CaO3MgO4Si2o2 .性质多数硅酸盐难溶于水，常见易溶于水的硅酸盐有NazSiCh、K2SiO3等。(2)一般硅酸盐熔点高，化学性质稳定，耐高温，难分解。硅酸酸性弱，且不溶于水，所以硅酸盐能与酸反应。3 .硅酸钠(1)物理性质：可溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。“水玻璃”具有很强的黏合性，是建筑行业常用的黏合剂。化学性质：易与酸反应。与强酸反应：Na2SiO3+2HC1=2NaC1+H2SiO3I。与CCh反应：CO2不足，Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3I；Co2过量，Na2SiO3+2CO2+2H2O=2NaHC3+H2SiO3I。二、核心素养硅酸盐表示方法=培养学生宏观辨识与微观探析能力硅酸盐的性质=提高学生证据推理与模型认知水平【素养解题】典例示范矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和C02作