2020-2021学年人教版（2019）高一化学必修二5.3 无机非金属材料 课件（共39张ppt）

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
学习任务一　硅酸盐材料
任务探究·深度学习
旧知回顾
自主学习
陶瓷在我国有悠久的历史,手工制造陶瓷的一般过程如图所示。请你结合初
中学过的知识,回答下列问题。
?
(1)制造陶瓷的原料是什么?
(2)手工制造陶瓷的过程中,一定发生化学变化的是哪个过程?
答案　(1)制造陶瓷的原料是黏土。
(2)一定发生化学变化的是④烧结。
1.硅酸盐的结构、特点
新知梳理
结构
特点
?
硅氧四面体
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.陶瓷
产品
主要原料
制备过程
生产应用
陶瓷
①　　　????
原料经高温烧结而成
建筑材料、绝缘材
料、日用器皿、卫生
洁具等
黏土　
3.玻璃和水泥
产品
主要原料
主要设备
主要成分
用途
普通
玻璃
②　　　　　????
　　　　　????
③　　　　????
④
　　　　　????
建筑材料、光学
仪器、各种器
皿、高强度复合
材料等
水泥
⑤　　　　　????
⑥　　　　　????
⑦　　　　????
和沙子、碎石、
水等混合可以得
到混凝土,大量用
于建筑和水利工
程
纯碱、石灰石、
石英砂　
玻璃窑
Ｎａ２ＳｉＯ３、
ＣａＳｉＯ３、
ＳｉＯ２
石灰石、黏土　
水泥回转窑　
硅酸盐
判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“?”)。
易错辨析
1.制水泥、玻璃的共同原料是石灰石?(　　)
2.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物?(　　)
3.汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土?(　　)
4.传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐?????(　　)
√
?
√
√
1.下图是常见的硅酸盐产品。请指明各图中展示的硅酸盐产品所属的类别。
它们都是混合物吗?
?
互动探究
答案　图1、2属于陶瓷,图3属于水泥,图4属于玻璃。它们都是混合物。
2.钢化玻璃是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种玻璃。为提高玻璃的
强度,通常使用化学或物理的方法,在玻璃表面形成压应力,玻璃承受外力时首
先抵消表层应力,从而提高了承载能力,增强玻璃自身抗风压性、寒暑性、冲
击性等。利用题目信息分析钢化玻璃与普通玻璃成分是否相同?
答案　相同。
3.用石灰水抹墙和用水泥砌墙的硬化原理是否相同,为什么?
答案　不相同。石灰水抹墙时发生的反应为Ca(OH)2+CO2? CaCO3↓+H2O,
而水泥的硬化是发生了复杂的物理化学变化,二者原理不同。
1.关于玻璃的认识
(1)制造玻璃的原料熔融后发生了复杂的物理变化和化学变化。制得的玻璃
是混合物,没有固定的熔点。
(2)钢化玻璃与普通玻璃的主要成分完全相同。
(3)常见玻璃种类
提炼归纳
玻璃种类
性能
用途
含铅的光学玻璃
透光性好,
折射率高
制造眼镜、照相机
和光学仪器的透镜
加入硼酸盐的玻璃
耐化学腐蚀、耐
高温急剧变化
制实验玻璃仪器
加入金属氧化物或
盐得到的彩色玻璃
具有多种颜色
建筑、装饰
2.关于水泥的认识
(1)水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有
的性质,因而变硬的水泥不能使用。
(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放
出CO2。
1.唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于?(　　)
A.氧化铝　　B.二氧化硅
C.硅酸盐　　D.合金
典题精练
解析????　唐三彩、秦兵马俑制品由黏土经高温烧结而成,属于硅酸盐产品。
C
2.下列有关硅酸盐产品的说法不正确的是?(　　)
A.水泥中加入石膏可以调节水泥的硬化速率
B.生产玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英砂
C.玻璃有固定的熔、沸点
D.陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品
解析????　在水泥中加入适量石膏,可以调节水泥的硬化速率,故A正确;生产
玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂,故B正确;玻璃是混合物,一般混合物都
没有固定的熔、沸点,故C错误;陶瓷是人类最早使用的硅酸盐产品,故D正确。
C
3.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.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
解析????　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。
A
学习任务二　新型无机非金属材料
新知梳理
自主学习
1.硅和二氧化硅
(1)主要应用
硅
半导体材料→硅芯片、　　　　　　????电池
二氧化硅
光导纤维
硅太阳能
(2)高纯硅的制备
?
涉及的主要化学反应为:
(a)SiO2+2C? Si+2CO↑
(b)Si+3HCl? SiHCl3+H2
(c)SiHCl3+H2? Si+3HCl
2.新型陶瓷——碳化硅(SiC)
俗称
结构特点
主要性能
生产应用
金刚砂
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、优异的高
温抗氧化性能
砂纸和砂轮的磨料、
耐高温结构材料和耐
高温半导体材料
3.碳纳米材料
(1)富勒烯:由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其代表物为C60。
(2)碳纳米管:由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比
表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能,可用于生产复合材料、电池和
传感器等。
(3)石墨烯:只有一个碳原子直径厚度的单层石墨,其电阻率低、热导率高,具有
很高的强度。
判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“?”)。
易错辨析
1.光电池可以将光能直接转化为电能?(　　)
2.Si是太阳能电池和光导纤维的主要成分?(　　)
3.碳化硅硬度大、熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承?(　　)
4.石墨烯属于有机化合物?(　　)
√
?
√
?
1.二氧化硅是一种酸性氧化物。实验室中要熔化烧碱固体,现有三种坩埚:石
英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为应该选哪一种?简述选择的依据。
互动探究
答案　选择铁坩埚。铁不与烧碱(NaOH)反应,而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含
有SiO2,能与NaOH反应,使得坩埚受损。
2.普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔
融,发生复杂的物理变化和化学变化(生成Na2SiO3和CaSiO3)而制得。你能写出
发生反应的化学方程式吗?
答案　由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”,可知反应的化学方程式为
SiO2+Na2CO3? Na2SiO3+CO2↑、SiO2+CaCO3? CaSiO3+CO2↑。
3.工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅,由此能否说明碳的还原性大
于硅?
答案　不能。因为比较物质氧化性、还原性的强弱,必须是在通常情况下发
生的反应,题述反应是在高温条件下发生的,所以不能比较碳和硅还原性的强
弱。
4.半导体或芯片是由晶体硅生产的。它们被广泛用于集成电路,如计算机、电
视等,还有的被应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设
备等。虽然芯片比较坚硬,但是可被HF溶液腐蚀,生成SiF4和一种气体,请写出
该反应的化学方程式。
?
答案　反应的化学方程式为Si+4HF? SiF4+2H2↑。
1.硅的化学性质
(1)在常温下不活泼,但能与氢氟酸反应:Si+4HF? SiF4↑+2H2↑。
(2)加热条件下能与O2、Cl2等反应:Si+O2? SiO2;Si+2Cl2? SiCl4。
提炼归纳
2.注意二氧化硅的两个反应
(1)碱性试剂如NaOH溶液、Na2CO3溶液等不能用带玻璃塞的试剂瓶存放的原
因:碱性试剂能与玻璃塞的主要成分SiO2反应:2NaOH+SiO2? Na2SiO3+H2O,
Na2SiO3具有黏合性,能将瓶塞和试剂瓶黏结在一起。
(2)氢氟酸能腐蚀玻璃,不能用玻璃瓶盛放;可用氢氟酸雕刻玻璃花纹。
3.新型陶瓷
类型
组成
性能
用途
高温结
构陶瓷
碳化硅、氮化硅或某
些金属氧化物
耐高温、抗氧化、耐
磨蚀等
火箭或汽车的发动
机、高温电极材料
压电陶瓷
钛酸盐和锆酸盐等
实现机械能与电能的
相互转化
滤波器、扬声器、超
声波探伤器、点火器
等
透明陶瓷
氧化铝、氧化钇或氮
化铝、氟化钙
具有优异的光学性能,
耐高温,绝缘性好
高压钠灯、激光器、
高温探测窗等
超导陶瓷
—
在某一临界温度下电
阻为零,具有超导性
电力、交通、医疗等
领域
1.具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世,填补了我国计算机制造
史上的一项空白,下列对晶体硅的叙述中正确的是?(　　)
A.晶体硅和金刚石的物理性质相似
B.硅在地壳中含量居第二位,可以游离态的形式存在于自然界中
C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但提炼工艺复杂,价格非常昂贵
D.晶体硅具有金属光泽,属于金属材料,可以导电
典题精练
解析????　A项,晶体硅和金刚石的熔点高、硬度大,具有相似的物理性质;B项,
在自然界中没有游离态硅存在;C项,晶体硅的价格已不昂贵,已经广泛应用于
电子器件及电脑配件中;D项,晶体硅属于无机非金属材料。
A
2.碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确
的是?(　　)
?
A.碳纳米管属于胶体 B.石墨烯属于有机化合物
C.C60与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点

C
解析????　碳纳米管是一种纳米材料,与胶粒直径吻合,需要分散到分散剂中
才能形成胶体,故A错误;石墨烯是由石墨剥离出的单层碳原子结构的单质,不
属于有机化合物,故B错误;C60与金刚石同属于碳的单质,互为同素异形体,故C
正确;不同的新型碳材料因结构不同应具有不同的熔点,故D错误。
3.根据不同部位工作条件的不同,航天飞机使用了多种防热材料。例如,机身
和机翼下表面使用高温结构陶瓷。下列关于新型陶瓷材料的叙述中错误的是
?(　　)
A.高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,可以作为高级耐火材料
B.氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料,是生物陶瓷
C.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料,可用于制造陶瓷发动机的受热面
D.新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点,但是强度比较差
解析????　新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点,具有较高
的强度和耐磨性,能抵抗冷热冲击,常用于发动机的受热面,D项错误。
D
1.据报道,碳纳米管是由碳原子构成的大分子组成的,其导电性是单质铜的1万
倍。下列叙述中,不正确的是?(　　)
A.14C的质子数为6
B.石墨和碳纳米管互为同素异形体
C.金刚石和碳纳米管分子互为同位素
D.碳纳米管是非金属导体
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解析????　金刚石和碳纳米管都是由碳元素组成的不同单质,互为同素异形
体,故C错误。
C
2.据报道,我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其
主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列叙述不正确的是?(??? )
A.它耐高温、抗氧化
B.它比钢铁轻、硬,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????　航空材料的特点是质轻、强度高、稳定性好,故A项正确、B项不
正确;复合材料属于混合物,没有固定的熔、沸点,根据其组成可知新型航空材
料属于新型无机非金属材料,故C、D项正确。
B
3.宁波博物馆墙面通过两种方式装饰而成:第一种方式是用民间收集的上百万
片明清砖瓦手工砌成瓦片墙,另一种方式是用竹条加入混凝土,在表面展现竹
的纹理。博物馆展品中陈列着大量宋代精美瓷器——青花瓷。下列说法错误
的是?(　　)
A.古代的陶瓷、砖瓦及现代的玻璃、水泥等,大多是硅酸盐产品
B.工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石
C.博物馆窗户上普通玻璃的主要成分是SiO2
D.青花瓷胎体的原料为高岭土
解析????　普通玻璃是硅酸盐产品,其主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。
C
4.由SiO2制取Si的过程中不涉及的化学反应(反应条件未说明)是?(　　)
A.2C+SiO2? Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOH? Na2SiO3+H2O
C.Si+3HCl? SiHCl3+H2
D.SiHCl3+H2? Si+3HCl
解析???? ????由SiO2制取Si时要先制得粗硅,反应为2C+SiO2? Si+2CO↑,然后
进行提纯,反应依次为Si+3HCl? SiHCl3+H2、SiHCl3+H2? Si+3HCl。
B
5.下列有关硅及其化合物的叙述中,正确的是?(　　)
A.硅是光导纤维的主要成分
B.硅是构成岩石与许多矿物的基本元素
C.SiO2是酸性氧化物,不与任何酸发生反应
D.可以通过SiO2与水反应一步制得硅酸
解析???　光导纤维的主要成分是二氧化硅,故A错误;硅是亲氧元素,岩石与
许多矿物的基本元素中含有Si元素,故B正确;SiO2是酸性氧化物,但可与氢氟酸
发生反应,故C错误;二氧化硅不溶于水,不能通过SiO2与水反应一步制得硅酸,
故D错误。
B
6.稻壳是大米外面的一层壳。某稻壳灰的成分见下表:
组分
SiO2
C
Na2O
K2O
Al2O3
Fe2O3
质量分
数/%
59.20
38.80
0.25
0.50
0.64
0.61
通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。
?
请回答下列问题:
(1)根据氧化物的性质进行分类,稻壳灰中涉及的氧化物最多有　　　????类。
(2)写出步骤①中二氧化硅发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　?????。
(3)通过流程分析,滤渣A的成分是　　　????(填化学式)。
(4)已知滤渣B为硅酸,写出步骤③反应的化学方程式:　　　　　　　　　??????。
３
Fe2O3、C
解析　(1)二氧化硅为酸性氧化物,氧化钠、氧化钾、氧化铁为碱性氧化物,氧
化铝为两性氧化物,所以最多涉及3种氧化物。(2)二氧化硅为酸性氧化物,与
氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,反应的离子方程式为SiO2+2OH-? Si?+
H2O。(3)氧化钠、氧化钾均能与水反应生成可溶性碱,氧化铝为两性氧化物,能
够与强碱反应生成可溶性偏铝酸盐,二氧化硅为酸性氧化物,与氢氧化钠反应
生成可溶性硅酸钠,三氧化二铁与氢氧化钠不反应,所以滤渣A为Fe2O3、C。
(4)硅酸不稳定,受热易分解生成二氧化硅和水。