人教版高中化学必修第二册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

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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
硅酸盐
1.概念
由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
2.组成的表示
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如，硅酸钠（Na2SiO3）：Na2O·SiO2，长石（KAlSi3O8）：K2O·Al2O3·6SiO2。
硅元素在地壳中的含量居第二位，主要以硅酸盐和氧化物的形式稳定存在，是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，通常以氧化物的形式表示，但不是由氧化物组成的。
3.最简单的硅酸盐——Na2SiO3
硅酸盐材料
传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。
1.硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。其结构示意图如下图所示。
硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、
难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
2.硅酸盐材料
产品 主要原料 主要设备 主要成分 用途
陶瓷 黏土 含水的铝硅酸盐 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
玻璃
（普通） 纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2） 玻璃窑 Na2SiO3、
CaSiO3、
SiO2 建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等
水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 硅酸盐 建筑和水利工程
新型无机非金属材料
1.硅和二氧化硅
硅元素位于元素周期表第三周期第ⅣA族，正好处于金属与非金属的过渡位置。
（1）形态和结构
形态：有晶体硅和无定形硅两大类。
结构：具有正四面体形的空间立体网状结构，与金刚石结构类似。
（2）性质
①物理性质
颜色、状态 光泽 熔点 硬度 质地 导电性
灰黑色固体 金属光泽 高 大 脆 半导体
硅单质和二氧化硅除氢氟酸外，一般不与其他酸反应。
（3）单质硅的制备
（4）硅和二氧化硅的用途
SiO2可制作光导纤维，是因为SiO2的导光性，SiO2不导电。
2.新型陶瓷
（1）新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
（2）碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
3.碳纳米材料
碳纳米材料（主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等）在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。
二氧化硅与二氧化碳的性质比较
物质 二氧化硅 二氧化碳
存在 存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中 存在于空气、燃料的燃烧产物中
物理性质 固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大 通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，能溶于水
物质 二氧化硅 二氧化碳
化学性质 ①与水反应 不反应
②与酸反应 不反应
③与碱液（NaOH）反应
化学性质 ④与碱性氧化物反应
⑤与碳反应
用途 制饰品、坩埚、光导纤维 干冰用于人工降雨
B
注意区分高纯硅与二氧化硅的用途，高纯硅用作半导体材料等，二氧化硅用于制造光导纤维。
硅是既能与酸（HF）反应，又能与碱反应产生H2的非金属单质，但硅不与盐酸、硫酸反应。
C
常见气体的制备及性质探究
常见气体的制备及性质探究是历年高考的热点，在试题中频繁出现，其中选择题重点考查判断气密性检验、净化、收集、尾气吸收装置或操作的正误；非选择题重点考查气密性检验的方法、净化气体选用的试剂、仪器的连接顺序、误差分析、有关的化学计算等常见气体的实验室制备知识，学生极易忽视或混淆，在高考答题时丢分。
1.气体制备及其性质探究的基本流程
发生装置→净化装置→干燥装置→性质探究→收集装置→尾气处理装置
3.常见气体的收集方法
（1）排水法：收集难溶于水的气体，如O2、H2、N2、NO、CO等。
（2）排液法：收集难溶于所选溶液的气体，如Cl2用排饱和食盐水法收集。
（3）向上排空气法：收集气体密度比空气大的气体，如Cl2、CO2、NO2等。
（4）向下排空气法：收集气体密度比空气小的气体，如CH4、H2、NH3等。
4.尾气处理装置
吸收式装置要注意防倒吸。
（2025·江西宜春丰城高三期末）下列能实现对应气体的制备、干燥、收集的是（　　）
选项 气体 试剂A 固体 固体C
A O2 双氧水 MnO2 无水CaCl2
B NH3 浓氨水 生石灰 P2O5
C SO2 浓硫酸 Cu 碱石灰
D NO2 浓硝酸 Al 硅胶
二氧化锰催化过氧化氢分解生成氧气，无水氯化钙能干燥氧气，使用向上排空气法收集氧气，A正确；氨气能和P2O5反应，故不能使用P2O5干燥氨气，且收集氨气应使用向下排空气法，导管应短进长出，B错误；浓硫酸和铜在加热条件反应生成二氧化硫，题图装置缺少加热装置，C错误；浓硝酸和铝在常温下会发生钝化，阻碍反应的进行，D错误。
A
气体制备实验的基本思路
无机框图推断题解题技巧
无机推断题的形式通常有文字描述推断、文字描述与反应式结合推断和框图题等。无机推断题是集元素化合物、基本概念和基本理论于一体的题型，其综合性强、考查面广、容量大、题型多变、要求高、推理严密，既能检查掌握元素化合物的知识量及熟练程度，又能考查逻辑思维能力。
1.解题方法
2.常用“突破口”
（1）常见物质的颜色
淡黄色固体——S、Na2O2；红棕色粉末——Fe2O3；
红褐色沉淀——Fe（OH）3；蓝色沉淀——Cu（OH）2；
黑色固体——Fe3O4、CuO等；黄绿色气体——Cl2；
红色溶液——Fe（SCN）3；红棕色气体——NO2。
（3）物质的特殊性质
①能使品红溶液褪色的气体：SO2（加热后品红溶液又恢复红色）、Cl2（加热后品红溶液不恢复红色）。
②使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体：NH3。
③使湿润的淀粉－KI试纸变蓝：NO2、Cl2、Br2、 FeCl3溶液等。
④能与SO2、Cl2、O2等气体（或其水溶液）反应析出淡黄色沉淀：H2S。
⑤在一定条件下具有漂白性的物质：Na2O2、H2O2、SO2、氯水、活性炭等。
⑥Si可作半导体材料，SiO2可制作光导纤维。
⑦与水反应放出气体的物质：Na、K、Na2O2等。
CO2　
X是红棕色气体，则X是NO2，Y的固体可用于人工降雨，则Y是CO2，W既能使澄清石灰水变浑浊，又能使品红溶液褪色，则W是SO2。A、B为常见的浓酸溶液，A和木炭反应生成NO2、CO2，则A是浓硝酸；B和木炭反应生成SO2、CO2，则B是浓硫酸，两反应都有水生成，则Z是H2O。
2024·海南文昌市田家炳中学高一期中）已知A、B为常见的浓酸溶液；X、Y、Z、W均为氧化物，其中X是红棕色气体，Y的固体可用于人工降雨，W既能使澄清石灰水变浑浊，又能使品红溶液褪色。根据如图所示转化关系（反应条件略），回答下列问题。
（1）Y是　　　　（填化学式）。
（2）将B露置在空气中一段时间，溶液质量增加，但溶液 浓度 降 低，表 明 B 具 有
　　　　性；利用这种性质可以进行　　　　（填字母，下同）实验操作。
a.干燥二氧化硫
b.检验Ba2＋
c.干燥氨气
d.钝化铝片
吸水　a
（3）下列溶液中能够区别Y和W气体的是　　　　。
A.澄清石灰水 B.BaCl2溶液
C.酸性KMnO4溶液 D.FeCl3溶液
CD　
CO2和SO2都能与澄清石灰水反应生成沉淀，A不符合题意；CO2和SO2都不能与BaCl2溶液反应，B不符合题意；SO2能使酸性KMnO4溶液褪色，CO2不能，C符合题意；SO2能把Fe3＋还原为Fe2＋，使溶液由黄色变为浅绿色，CO2不能与FeCl3溶液反应，D符合题意。
（4）写出X与Z反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　。
（5）如图甲、乙均为验证铜和浓硝酸反应的装置。
和甲装置相比，乙装置的优点是　　　　　　　　　　　　　。
可以控制反应的发生与停止；有尾气处理装置，防止污染环境
解答无机综合推断题的一般思路
迅速浏览全题→产生总体印象→寻找突破口→联系已有知识→大胆假设→全面分析→验证确认。在无机推断题的题干及其示意图中，都会明示或隐含着各种信息，如物质的颜色、状态、反应条件、反应现象、在生产和生活中的特殊应用等，而这些重要信息通常就是解答此类题目的关键“突破口”。