2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第五章 第三节 无机非金属材料

第三节无机非金属材料课标定向目标定位1.了解传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的生产原料、性能,认识无机非金属材料在生产中的应用。(宏观辨识与微观探析)2.结合实例认识无机非金属材料的多样性,认识无机非金属材料在促进社会文明进步、自然资源综合利用中的重要价值。(科学态度与社会责任)厘清重点硅酸盐材料和新型无机非金属材料的生产原料、性能及用途突破难点硅酸盐材料和新型无机非金属材料的生产原料、性能及用途学习任务一:硅酸盐材料必备知识·导学[引入]中国是瓷器的故乡,瓷器是我国古代劳动人民的一个重要的创造。中国古代的五大名窑烧制的瓷器虽略有不同,但都属于需要经过多次高温烧制和烧制后冷却等工序制成的硅酸盐材料。1.无机非金属材料2.硅酸盐的结构与性质3.常见硅酸盐材料(1)陶瓷原料黏土(主要成分是含水的铝硅酸盐)反应条件高温烧结主要成分硅酸盐主要特性抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型用途建筑材料、绝缘材料、日常器皿、卫生洁具等(2)玻璃原料纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要设备玻璃窑反应条件高温熔融普通玻璃的成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2用途生产建筑材料、光学仪器、各种器皿,制造玻璃纤维等[思考]根据原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”,写出烧制玻璃过程中发生反应的化学方程式。提示:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑。(3)水泥主要原料石灰石、黏土主要设备水泥回转窑反应条件高温煅烧石膏的作用调节水泥硬化速率用途用于建筑和水利工程判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)汉代烧制出的瓷器,其主要原料为黏土。 (√)提示:陶瓷的主要原料为黏土。(2)玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品。 (×)提示:陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料,不是玻璃。(3)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。(√)提示:陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行烧结、熔融或煅烧。(4)普通玻璃和特殊玻璃(如彩色玻璃)的制作原料相同。 (×)提示:彩色玻璃制作原料除纯碱、石灰石和石英砂外,还需要加入金属氧化物或盐。(5)烧制玻璃时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸酸性比碳酸强。 (×)提示:二氧化硅与碳酸钠反应产生硅酸钠,同时放出二氧化碳,说明在高温条件下高沸点的酸性氧化物可以制取低沸点的酸性氧化物,而不能说明硅酸酸性比碳酸强。核心要点·归纳三种常见的硅酸盐材料比较产品原料主要设备反应原理主要成分陶瓷黏土—复杂的物理变化和化学变化—玻璃纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑碳酸钠、碳酸钙分别与二氧化硅反应Na2SiO3、CaSiO3、SiO2水泥黏土、石灰石水泥回转窑复杂的物理变化和化学变化硅酸盐[注意]玻璃、水泥、陶瓷均为混合物。微点拨·拓教材硅酸盐的表示方法(1)用盐的化学式表示,如Na2SiO3。(2)用氧化物形式表示,如Na2O·SiO2(Na2SiO3)、Na2O·Al2O3·6SiO2(NaAlSi3O8)。学力诊断·测评1.(2024·河北选择考)燕赵大地历史悠久,文化灿烂。对下列河北博物院馆藏文物的说法错误的是 ()A.青铜铺首主要成分是铜锡合金B.透雕白玉璧主要成分是硅酸盐C.石质浮雕主要成分是碳酸钙D.青花釉里红瓷盖罐主要成分是硫酸钙【解析】选D。青铜铺首是青铜器,青铜的主要成分是铜锡合金,A正确;透雕白玉璧是玉石,玉石的主要成分是硅酸盐,B正确;石质浮雕是汉白玉,汉白玉的主要成分是碳酸钙,C正确;青花釉里红瓷盖罐是陶瓷,陶瓷的主要成分是硅酸盐,D错误。2.“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,下列有关说法正确的是 ()A.玻璃无色透明,为纯净物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、熔点较高D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐【解析】选C。玻璃属于混合物,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、熔点高,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。【补偿训练】1.含硅物质在生产生活中应用广泛,下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是 ()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.烧结黏土制陶瓷,不涉及化学反应C.普通水泥的主要成分是硅酸盐D.制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂【解析】选B。烧结黏土制陶瓷的过程包含复杂的物理、化学变化,B项错误。2.传统钦州坭兴陶制备工艺主要包括以下几个步骤:制备坯料→坯体成型→修整坯体→坯体干燥→装饰坯体→烧制坯体→抛光打磨。下列制陶过程中,涉及化学变化的是 ()A.坯体成型B.坯体干燥C.烧制坯体D.抛光打磨【解析】选C。坯体成型过程中无新物质生成,为物理变化,故A错误;坯体干燥过程中无新物质生成,为物理变化,故B错误;烧制坯体过程中有新物质生成,为化学变化,故C正确;拋光打磨过程中无新物质生成,为物理变化,故D错误。学习任务二:新型无机非金属材料必备知识·导学[引入]光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一,它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么?碱性环境下,光导纤维为什么会失去传播信号的能力?1.常见的新型无机非金属材料高纯度的含硅元素的材料2.硅和二氧化硅(1)硅元素的存在与结构(2)高纯硅的制备写出其中发生反应的化学方程式①SiO2+2CSi+2CO↑;②Si+3HClSiHCl3+H2;③SiHCl3+H2Si+3HCl。[注意]碳和二氧化硅反应时,碳被氧化只能生成一氧化碳。[思考]在半导体工业中有这样一句行话:“从沙滩到用户”,你是如何理解的?提示:沙子的主要成分是SiO2,作为半导体材料的硅单质是用焦炭还原SiO2制得的。(3)二氧化硅①存在:石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是SiO2。②化学性质a.不与水、一般的酸反应b.具有酸性氧化物的通性分别写出SiO2与CaO、NaOH溶液反应的化学方程式:SiO2+CaOCaSiO3;SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;c.特性:与氢氟酸反应生成SiF4和H2O,化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。[注意](1)SiO2虽然能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水,故SiO2不属于两性氧化物。(2)NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应,生成具有黏性的Na2SiO3,把瓶塞与瓶口黏结在一起,因此不能用带磨砂玻璃塞的玻璃瓶盛放碱液,应用橡胶塞。[思考]能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸?提示:不能;玻璃中含有二氧化硅,能被氢氟酸腐蚀。(4)硅和二氧化硅的用途3.新型陶瓷4.碳纳米材料判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。 (×)提示:硅元素在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。(2)单晶硅熔点高,所以可用作半导体材料。 (×)提示:单晶硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,所以可用作半导体材料,与单晶硅的熔点高低无关。(3)高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维。 (×)提示:光导纤维的主要成分是SiO2。(4)工业上制取粗硅的反应是SiO2+CSi+CO2↑。 (×)提示:工业上用焦炭与二氧化硅在高温条件下反应制取粗Si,同时反应产生CO,故制取粗硅的反应是SiO2+2CSi+2CO↑。(5)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”。 (√)提示:制作光导纤维的主要材料为二氧化硅,其能与碱发生反应生成硅酸钠和水,所以光导纤维遇强碱会“断路”。(6)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分都是碳单质。 (√)提示:富勒烯、碳纳米管和石墨烯都属于碳纳米材料,主要成分都是碳单质。学力诊断·测评1.自然界中硅元素主要以硅酸盐和二氧化硅的形式存在于地壳中。下列有关硅及其化合物的说法正确的是 ()A.新一代激光陀螺驱动系列功能芯片的主要材料是单晶硅B.制造太阳能电池板的主要材料是二氧化硅C.硅酸可由酸性氧化物SiO2与水化合而制得D.SiO2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应【解析】选A。硅单质是良好的半导体材料,常用于制芯片,故A正确;制造太阳能电池板的主要材料是硅单质,故B错误;SiO2不溶于水,不与水反应,故C错误;SiO2能与HF反应,故D错误。2.碳化硅性能优异,可作为新质生产力的典型产品代表。下列关于硅及碳化硅的说法不正确的是 ()A.碳化硅能耐高温抗氧化B.硅在自然界中既有化合态,又有游离态C.碳化硅是新型结构陶瓷,结构与金刚石相似,硬度很大D.硅单质的导电能力介于导体和绝缘体之间【解析】选B。碳化硅具有优异的高温抗氧化性能,故A不符合题意;硅在自然界中只有化合态,没有游离态,故B符合题意;碳化硅结构与金刚石相似,都是空间网状结构,硬度很大,故C不符合题意;硅的导电性能介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,故D不符合题意。【补偿训练】我国宇航员的航天服是由我国科学家研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的,主要由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。下列相关叙述错误的是 ()A.它耐高温、抗氧化B.它比钢铁轻,但质地较脆C.它没有固定熔点D.它是一种新型无机非金属材料【解析】选B。由题目信息中“连续纤维增韧”可知,该航天服的韧性很好,质地并不是很脆,B错误。学情检测·素养达标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.陶瓷具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【解析】选A。氧化铁为红棕色固体,瓷器的青色不可能来自氧化铁,A错误;秦兵马俑是陶制品,陶制品是由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成形、煅烧而制成的,B正确;陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸盐矿物,陶瓷的主要成分是硅酸盐,与水泥、玻璃等同属硅酸盐产品,C正确;陶瓷的主要成分是硅酸盐,硅酸盐具有耐高温、耐酸碱侵蚀、抗氧化等特点,D正确。【补偿训练】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】选C。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。2.下列物品或设施未使用硅酸盐材料的是 ()A.石英钟 B.混凝土桥墩C.陶瓷餐具 D.门窗玻璃【解析】选A。石英钟的石英主要成分是SiO2,不含硅酸盐,故A正确;混凝土中含有大量的硅酸盐,故B错误;陶瓷是用含有硅酸盐的黏土制作而成的,故C错误;玻璃是硅酸盐材料,故D错误。2.(双选)材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列有关物质的说法正确的是 ()A.太阳能电池板广泛应用在航天器上,其材料是晶体硅B.石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是硅酸盐材料C.半导体行业中有一句话:“从沙滩到用户”,计算机芯片的材料是硅D.中国航天飞船外壳用到的是特种镁合金,属于新型无机非金属材料【解析】选A、C。晶体硅是良好的半导体材料,常用于制作太阳能电池板,故A正确;石墨烯是碳元素形成的单质,属于新型无机非金属材料,不是硅酸盐材料,故B错误;计算机芯片的材料是硅,故C正确;特种镁合金是性能优良的金属材料,不属于新型无机非金属材料,故D错误。3.硅酸盐具有特殊的性质与应用,回答下列问题:(1)硅酸盐材料是传统无机非金属材料,下列产品属于硅酸盐的是①②⑥⑦(填序号)。

①玻璃;②陶瓷;③石英玻璃;④硅芯片;⑤光导纤维;⑥水泥;⑦砖瓦(2)在水泥、玻璃的制备时,都需要的原料是石灰石。

(3)磷酸钙陶瓷是一种新型无机非金属材料,可用于制造人造骨骼,这是利用了这类材料的D(填字母)。

A.耐高温的特性 B.电学特性C.光学特性 D.生物功能(4)向Na2SiO3溶液中通入CO2气体,现象是生成白色沉淀,

化学方程式为Na2SiO3+CO