新教材同步系列2024春高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料课件新人教版必修第二册

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第五章　化工生产中的重要非金属元素第三节　无机非金属材料课前 · 新知导学1．无机非金属材料硅酸盐材料硅氧高温腐蚀高2．传统无机非金属材料多为硅酸盐材料(1)硅酸盐的结构与性能。四面体稳定耐腐蚀(或耐高温)(2)三种常见硅酸盐产品。黏土铝硅酸盐Na2SiO3CaSiO3SiO2纯碱石灰石石英砂玻璃窑物理化学黏土石灰石硬化速率水泥回转窑混凝土(3)特种玻璃。透光性好高化学腐蚀急剧变化建筑和装饰生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生产过程中发生了怎样的反应？试写出反应的化学方程式。微思考1．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是 (　　)①以含硅物质作为原料②主要产物是硅酸盐③反应条件是高温④反应原理是复杂的物理变化和化学变化A．只有①③ B．只有②③C．①②③④ D．只有③④【答案】C【解析】传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成，其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故①②③④均正确。2．制取下列物质不需要用石灰石做原料的是 (　　)A．硅酸 B．水泥C．玻璃 D．生石灰【答案】A【解析】硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。1．硅和二氧化硅(1)单质硅的性质。硅单质的导电性介于________________之间，是应用最为广泛的________材料。(2)自然界中的硅元素：主要以________(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如______和________)的形式存在。新型无机非金属材料导体和绝缘体半导体硅酸盐水晶玛瑙(3)晶体硅的制备。写出化学方程式：①__________________________________。②_____________________________。③_____________________________。(4)硅和二氧化硅的用途。①高纯硅： ________、________________等。②二氧化硅晶体：生产__________。2．新型陶瓷(1)碳化硅(SiC)。制芯片硅太阳能电池光导纤维金刚砂共价键金刚石氧化磨料半导体(2)新型陶瓷。火箭发动机钛酸盐锆酸盐电能氧化铝氧化钇氮化铝氟化钙高压钠灯零超导3．碳纳米材料笼形纳米汽车石墨片层管状物纳米尺度强度电学复合材料电池传感器一个碳原子单层石墨低高很高动力电池超轻海绵(1)利用石英坩埚能否熔融NaOH固体？【答案】不能。因石英坩埚中的SiO2会与NaOH在加热条件下发生反应。(2)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分是否都是碳单质？【答案】是。微思考1．下列有关新型无机非金属材料的说法正确的是 (　　)A．高纯硅可用于制造光导纤维B．高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池C．碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等D．金刚石、石墨烯、C60等都属于碳纳米材料【答案】C【解析】高纯硅可用于制造太阳能电池，A错误；高纯二氧化硅可用于制造光导纤维，B错误；金刚石不属于碳纳米材料，D错误。2．下列物质中，属于新型无机非金属材料的是 (　　)A．有色玻璃 B．碳化硅陶瓷C．石英玻璃 D．钢化玻璃【答案】B【解析】有色玻璃、钢化玻璃主要成分与普通玻璃相同，属于传统无机非金属材料；石英玻璃属于传统无机非金属材料。课堂 · 重难探究[重难理解]工业制备高纯硅的反应原理重难点　高纯硅的制备在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。制备纯硅的主要步骤如下：①在1 800～2 000 ℃温度下用碳还原二氧化硅制得粗硅；[典例精练]请回答下列问题：(1)第①步制备粗硅反应的化学方程式为________________________ ______________。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________。(3)从基本反应类型角度分类，步骤③中发生的反应属于________。(4)为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。A．氯水 B．NaOH溶液C．KSCN溶液 D．Na2SO3溶液(2023·山东青岛二中期中改编)晶体硅是一种重要的非金属材料，有科学家认为硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。(1)工业上生产纯硅的工艺流程如下：石英砂的主要成分是SiO2，在制备粗硅时反应的氧化产物为______ (填化学式)，焦炭的作用是________(填“氧化剂”或“还原剂”)；在该反应中，若消耗了3.0 g SiO2，则转移电子的总数为________(用NA表示阿伏加德罗常数)。(2)某实验室利用SiHCl3(沸点33.0 ℃)与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅(灰黑色固体)。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。装置如图所示(热源及夹持装置略去)。①装置B中的试剂是__________。装置C中水的作用是_________ _______________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是__________；装置D中发生反应的化学方程式为________________________。③为检验产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需要加入的试剂有________(填字母)。a．KMnO4 b．氯水c．Na2SO3溶液 d．KSCN溶液[课堂小结]小练 · 素养达成1．(2023·广东华南师大附中三模)考古遗迹和历史文物是历史的见证，反映了古代人民丰富多彩的生活。下列文物属于无机非金属材料的是 (　　)【答案】C【解析】铜烤炉为金属材料，A错误；黄花梨为木制品，所含的植物纤维为有机材料，B错误；陶俑是烧制而成的无机非金属材料，C正确；山居图扇面为纸张制品，属于植物纤维制品，不是无机非金属材料，D错误。2．(2022·陕西渭南期末)2021年，我国具有独立知识产权的“龙芯”19岁了。下列关于硅单质及其化合物的叙述正确的是 (　　)A．陶瓷是人类应用最早的硅酸盐材料B．利用二氧化硅的半导体性能制成光电池C．硅的化学性质稳定，不与任何物质反应D．晶体硅是具有金属光泽的灰黑色金属【答案】A【解析】陶瓷是人类应用最早的硅酸盐材料，A正确；硅是半导体材料，二氧化硅常被用来制造光导纤维，B错误；硅与氟化氢反应生成四氟化硅，C错误；晶体硅是一种有金属光泽的灰黑色的固体，是非金属，D错误。3．新型无机非金属材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温下进行，在合成工艺中必须注意 (　　)A．通入充足的氧气 B．可在空气中进行C．可在氮气氛围中合成 D．通入少量氧气【答案】C【解析】合成这些无机非金属材料的过程中应杜绝氧气的存在，否则会生成相应的氧化物。A．①③为置换反应B．②为化合反应C．①②③均为氧化还原反应D．三个反应的反应物中硅元素均被还原【答案】D【解析】①③中硅元素被还原，②中硅元素被氧化，D错误。5．下列有关硅的化合物说法正确的是 (　　)A．SiO2与CO2相似，由一个硅原子和两个氧原子构成一个SiO2分子B．硅酸盐一般不溶于水，它是水泥、陶瓷、玻璃的主要成分C．H2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如盐酸)反应制得D．SiO2是酸性氧化物，能和碱反应，不能和酸反应【答案】B【解析】错选A的原因在于对SiO2这个化学式分析不到位。SiO2是由硅原子和氧原子形成的立体网状结构，在这个网状结构中，硅原子与氧原子个数比是1∶2；C中，SiO2不溶于水，不可能与水反应生成H2SiO3，H2SiO3一般是由可溶性的硅酸盐和其他酸反应制得；D中，SiO2作为酸性氧化物，能和碱反应生成硅酸盐和水，也能和氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，该反应经常用来雕刻玻璃。6．(2023·山西朔州期中)氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高，不溶于酸(氢氟酸除外)，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及氧化物)和N2(含少量O2)合成氮化硅的工艺流程如下。(1)N2净化时，铜屑的作用是______________________；将硅块粉碎的作用是__________________________________。(2)在氮化炉中每生成70 g Si3N4转移电子的物质的量是________mol。(3)X可能是________(填“盐酸”“硝酸”“硫酸”或“氢氟酸”)。(4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净？(5)推测氮化硅可能有哪些用途？________(填字母)。a．制作切削刀具　　　　b．制作坩埚c．用作建筑陶瓷　　　　d．制作耐高温轴承(6)工业上还可以采用化学气相沉积法，在H2的保护下，使SiCl4与N2在高温下反应生成Si3N4沉积在石墨表面，该反应的化学方程式为________________________。