5.3.2新型无机非金属材料高一下学期化学人教版

第五章化工生产中的重要非金属因素5.3.2新型无机非金属材料一、学习目标（课本第21~24页）1.了解硅、二氧化硅、新型陶瓷、纳米材料的性能和用途，认识化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。2.通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。培养学生的“科学精神和社会责任”的学科素养。二、重点和难点重点∶硅、二氧化硅的存在、性质和用途，新型陶瓷的性能与用途难点∶新型无机非金属材料的组成与用途；高纯硅的制备三、自主学习与合作探究【合作探究一】硅(1)硅元素的存在与结构存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第二位1．物理性质：硅单质是带有金属光泽的，其结构与金刚石类似，为空间网状结构，所以晶体硅的硬度大、熔点高。2．用途：硅在元素周期表中处于金属与非金属的交界处，晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是一种良好的，因此晶体硅常用于制作集成电路板（硅芯片）和太阳能电池极板。(2)单质硅的制备①高纯硅的工业制备原理流程图：制备原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。写出涉及的反应方程式：①；②；③。②硅的工业制法：制备粗硅（反应方程式）(3)硅主要性质（写出对应的化学方程式）1．与非金属单质反应（1）与F2：（2）与Cl2：（3）与O2：2．与酸、碱反应（1）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：（2）硅与强碱溶液反应生成氢气：【自主检测】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【自主检测】2.下列关于Si的叙述中，错误的是（）A.晶体硅的结构类似于金刚石B.硅是良好的半导体材料C.硅的性质较稳定,在自然界界中存在游离态D.可以用焦炭还原二氧化硅生产粗硅:SiO2+2C=高温【自主检测】3.下列关于硅的叙述中不正确的是（）A.常温下硅的化学性质比较稳定B.在自然界中硅主要以氧化物和硅酸盐的形式存在C.硅元素在自然界中主要以单质的形式存在D.硅是制造太阳能电池的常用材料【合作探究二】二氧化硅(4)SiO2的性质（写出对应的化学方程式）1.二氧化硅是酸性氧化物，与氢氧化钠反应：2.高温下，Na2CO3与SiO2反应制玻璃3.与氢氟酸反应(特殊)：点睛：(1)氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存，氢氟酸能腐蚀玻璃，可用于玻璃制品蚀刻花纹。(2)强碱溶液不能用玻璃塞试剂瓶保存，应用橡胶塞。(5)高纯硅和二氧化硅的用途1.高纯硅的用途：2.二氧化硅用途:【自主检测】4．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是()A．CO2是气体，SiO2是固体B．二氧化硅的熔点比二氧化碳高C．根据反应SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑，可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中析出硅酸沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶【自主检测】5．金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应的化学方程式为SiO2＋3CSiC＋2CO↑，下列有关制造金刚砂的说法正确的是()A．该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB．该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2C．该反应中转移12e－D．该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO【合作探究三】新型陶瓷和碳纳米材料1.新型陶瓷(1)碳化硅:化学式为SiC,俗称,结构类似金刚石，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。它的高温抗氧化能力强，可以用作(2)除此之外，还有具有特殊功能的陶瓷材料，如等，均不同于传统陶瓷,应用领域更加广泛。2.碳纳米材料(1)类型：(2)用途：在能源、信息、医药等领域有广阔的应用前景。结构特点应用富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称代表物开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径用于石墨烯只有一个碳原子直径厚度的应用于【自主检测】6.下列关于无机非金属材料的说法不正确的是()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．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点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不同【自主检测】7.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示：下列有关说法正确的是()A．石墨烯是一种新型化合物B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C．二者和石墨都是碳的同素异形体D．氧化石墨烯具有一定的亲水性四、自主检测8.硅谷是世界上最知名的电子工业集中地，以硅芯片的设计与制造著称于世。下列有关硅的说法正确的是()A．硅既不易失去电子又不易得到电子，所以既不能作氧化剂，又不能作还原剂B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离态的形式存在D．在电子工业中，硅是最重要的半导体材料9．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④10．我国在航天、军事、天文等领域的发展备受世界瞩目，它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是()A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料B．“歼－20”飞机上大量使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料C．“神舟十三号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅班级：姓名：组别：序号：【自主检测选择题答题卡】1234567891011.从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：请回答下列问题：(1)流程甲加入盐酸后生成Al3＋的离子方程式为______________________________________。(2)流程乙加入烧碱后生成SiOeq\o\al(2－,3)的离子方程式为。(3)验证滤液B含Fe3＋，可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。(4)滤液E、K中溶质的主要成分是________(填化学式)，写出该溶质的一种用途：_______________。12.高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：回答下列问题：(1)石英砂的主要成分为SiO2，SiO2是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是__________(填字母)。A．Al B．Al2O3C．CuO D．NaHCO3SiO2能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为_____________。(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为_____________________________。若电弧炉中焦炭过量，还会有SiC生成，石英砂和焦炭生成SiC的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为______________。5.3.2新型无机非金属材料答案【合作探究一】(1)硅元素的存在与结构存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第二位氧化物和硅酸盐第三周期、第ⅣA族1．灰黑色固体2．半导体材料(2)单质硅的制备SiO2+C=高温Si+2COSi+2Cl2=高温SiCl4SiCl4+2H2②SiO2＋2C=高温Si＋(3)硅主要性质1．与非金属单质反应（1）Si+2F2=SiF4；（2）Si+2Cl2QUOTE≜≜SiCl4；（3）Si+O2QUOTE=高温=高温SiO2；2．与酸、碱反应（1）Si+4HF===SiF4↑+2H2↑；（2）Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。【自主检测】1.【答案】A【自主检测】2.【答案】C【解析】晶休硅的结构类似于金刚石，属于原子晶体,A正确;硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体，B正确;硅在自然界中以化合态存在，自然界中无游离态的硅,C错误;焦炭还原二氧化硅生产硅，化学方程式为SiO2+2C=高温【自主检测】3.【答案】C【解析】物质的性质是由物质的结构决定的，硅的正四面体的空间网状结构使它的原子间的作用力很强，在常温下，很难发生化学键的断裂，所以常温下硅的化学性质比较稳定.A正确:硅是组成矿物和岩石的主要元素，在自然界中硅主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，B正确:硅在自然界中以化合态形式存在，而不是单质，C错误;太阳能电池中的常用材料是硅,D正确【合作探究二】(4)SiO2的性质1.SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。2.Na2CO3＋SiO2QUOTE=高温=高温Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2QUOTE=高温=高温CaSiO3＋CO2↑。3.SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(5)高纯硅和二氧化硅的用途1.计算机等的芯片、硅太阳能电池2.光导纤维、石英玻璃制化学仪器、石英表、石英钟、水晶制光学仪器和工艺品、玛瑙制精密轴承和装饰品【自主检测】4．【答案】D【解析】酸性强弱与这种酸的氧化物的状态和物理性质无关，A、B均不正确；C项反应只有在高温条件下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强；D项属于较强的酸制取较弱的酸，能够证明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。【自主检测】5.【答案】D【解析】反应产物SiC中Si、C的化合价分别为＋4、－4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成－4价(SiC)和＋2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为2∶1；根据化学方程式可知，该反应转移4e－。【合作探究三】1.新型陶瓷(1)金刚砂耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。(2)压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷2.碳纳米材料(1)富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。(2)结构特点应用富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称代表物C60开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径用于生产复合材料、电池和传感器等石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等【自主检测】6.【答案】B【解析】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是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。【自主检测】7.【答案】D【解析】石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。四、自主检测4.【答案】D【详解】A．硅原子最外层电子数为4，因此既不易失去电子又不易得到电子，常温下硅化学性质不活泼，但在反应、中作还原剂，A项错误；B．硅在地壳中的含量居第二位，B项错误；C．硅的化学性质不活泼，但硅属于亲氧元素，所以硅主要以化合态形式存在于自然界中，C项错误；D．硅属于半导体材料，能够导电，常用于电子工业中，故D正确；6．【答案】C【解析】几乎所有的岩石和矿物都含有硅酸盐或者二氧化硅，则硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，故①正确；水泥、玻璃是硅酸盐产品，水晶的主要成分是二氧化硅，故②错误；光导纤维的主要成分是二氧化硅，故③错误；陶瓷的主要原料是黏土，则陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料，故④正确。8．【答案】C【解析】钢铁属于金属材料，A错；碳纤维属于新型