第三節(jié)無機(jī)非金屬材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素素養(yǎng)目標(biāo)1.通過閱讀和討論,了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途,知道普通玻璃的主要成分,感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.通過學(xué)習(xí),了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途,感受新型無機(jī)非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用,激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。知識(shí)點(diǎn)一硅酸鹽材料知識(shí)點(diǎn)一硅酸鹽材料基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過關(guān)1.硅酸鹽的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(1)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)

硅原子最外層有4個(gè)電子,均參與形成共價(jià)鍵在硅酸鹽中,Si和O構(gòu)成了硅氧

結(jié)構(gòu)(如圖所示),每個(gè)Si結(jié)合

個(gè)O,Si在中心,O在四面體的4個(gè)頂角;許多這樣的四面體可以通過頂角的O相互連接,每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有,與2個(gè)Si相結(jié)合。

(2)硅酸鹽的性質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)(物理、化學(xué)性質(zhì))硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性,決定了硅酸鹽材料大多具有硬度

、難溶于水、耐

、耐腐蝕等特點(diǎn)。

四面體4高高溫2.傳統(tǒng)硅酸鹽材料

類型原料設(shè)備主要成分主要用途陶瓷

—硅酸鹽生產(chǎn)建筑材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃

、石灰石和

玻璃窯____________________和SiO2

生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿等水泥

和石灰石

硅酸鹽用于建筑和水利工程黏土純堿石英砂Na2SiO3、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯CaSiO3教材拓展最簡單的硅酸鹽(Na2SiO3)(1)Na2SiO3是白色固體,可溶于水,其水溶液是一種無色黏稠的液體,俗稱水玻璃,是一種礦物膠。(2)Na2SiO3的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不能燃燒,熱穩(wěn)定性好,但能與較強(qiáng)酸反應(yīng)生成難溶于水的H2SiO3:Na2SiO3+2CO2(足量)+2H2O══H2SiO3↓+2NaHCO3。(3)主要用途:Na2SiO3溶液用作建筑、紙張的黏合劑,制備木材阻燃劑等。正誤判斷(鏈接高考)(1)(2023·湖南卷)銅官窯彩瓷是以黏土為主要原料,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。(

)(2)(2022·湖南卷)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一。(

)(3)(2021·浙江6月選考卷)硅酸鈉是一種難溶于水的硅酸鹽。(

)√√×重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度1

硅酸鹽材料的性能與用途例1(2024·河南洛陽高一期末)《天工開物》記載:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,擇取無沙粘土而為之……凡坯既成,干燥之后,則堆積窯中燃薪舉火……澆水轉(zhuǎn)泑,與造磚同法。”其中“澆水轉(zhuǎn)泑”為古代燒制青磚和青瓦的措施,下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.沙子和黏土的主要成分為硅酸鹽B.“燃薪舉火”使黏土發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化C.燒制后自然冷卻可能不能制成青瓦D.黏土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料A解析

沙子的主要成分是二氧化硅,而不是硅酸鹽,A錯(cuò)誤;黏土燒制過程中發(fā)生了復(fù)雜的物理和化學(xué)變化,B正確;燒制后澆水冷卻成青瓦,自然冷卻制不成青瓦,C正確;黏土可用來制作磚瓦和陶瓷,D正確。歸納總結(jié)傳統(tǒng)硅酸鹽材料的性能和主要用途

名稱性能主要用途陶瓷熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定建筑材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)建筑材料、各種器皿、光學(xué)儀器等水泥遇水逐漸變硬(水硬性)、硬化后性質(zhì)穩(wěn)定大量用于建筑、水利、道路等工程中[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1]我國著名書畫家趙估曾有詩句“雨過天晴云破處,千峰碧波翠色來”描述汝窯青瓷之美。青色主要來自添加的瑪瑙粉末,下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(

)A.青瓷的青色來自瑪瑙中的SiO2B.陶瓷是傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料C.瓷器的質(zhì)量與原料礦物組成、升溫速度、煅燒時(shí)間等因素有關(guān)D.青瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐酸堿侵蝕A解析

瑪瑙的主要成分是SiO2,SiO2是無色晶體,A錯(cuò)誤;陶瓷是傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐酸堿腐蝕,B、D正確;瓷器的質(zhì)量與原料礦物組成、升溫速度、煅燒時(shí)間等因素有關(guān),C正確。知識(shí)點(diǎn)二新型無機(jī)非金屬材料知識(shí)點(diǎn)二新型無機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過關(guān)1.硅和二氧化硅(1)硅元素的“位—構(gòu)—性”及存在形式①硅元素的“位—構(gòu)—性”關(guān)系②存在形式:Si元素在自然界主要以

和氧化物(如水晶、瑪瑙)的形式存在。

不屬于硅酸鹽產(chǎn)品三ⅣA4硅酸鹽(2)工業(yè)制備高純硅工業(yè)上用焦炭還原石英砂可以制得含有少量雜質(zhì)的粗硅,將粗硅通過化學(xué)方法提純,得到高純硅。分別寫出上述各步驟中反應(yīng)的化學(xué)方程式。

(3)硅和二氧化硅的用途高純硅用作

材料、硅太陽能電池等,如硅芯片及光電池的主要原料。純凈的SiO2用于制作

,制造電子工業(yè)的重要部件、光學(xué)儀器。半導(dǎo)體光導(dǎo)纖維2.新型陶瓷

砂紙砂輪3.碳納米材料碳納米材料是一類新型無機(jī)非金屬材料,主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等。類型結(jié)構(gòu)及性能主要用途富勒烯由

構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱,其中C60是富勒烯的代表物

—碳納米管可看成由

片層卷成的管狀物,具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積

,有相當(dāng)大的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能

可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個(gè)

直徑厚度的單層石墨,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率

、熱導(dǎo)率

,具有很高的強(qiáng)度

在光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面廣泛應(yīng)用碳原子石墨大碳原子低高易錯(cuò)警示硅和二氧化硅的性質(zhì)(1)硅元素具有親氧性,在自然界中只以化合物(硅酸鹽、SiO2)的形式存在,不存在單質(zhì)硅。(2)有金屬光澤、能導(dǎo)電的單質(zhì)不一定是金屬單質(zhì),如晶體硅也可導(dǎo)電。(3)制備粗硅時(shí),SiO2與焦炭反應(yīng)生成的氣體是CO,不是CO2。(4)硅和二氧化硅只能與氫氟酸(HF)反應(yīng),不能與其他酸反應(yīng)。歸納總結(jié)SiO2的化學(xué)性質(zhì)及分析教材拓展其他新型陶瓷和納米材料(1)其他新型陶瓷(2)納米材料納米材料是指在三維空間尺寸至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料。正誤判斷(鏈接高考)(1)(2023·廣東卷)千家萬戶通光纖,光纖的主要材質(zhì)為Si。(

)(2)(2023·遼寧卷)制粗硅:SiO2+2CSi+2CO↑。(

)(3)(2022·浙江6月選考卷)晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,常用于制造光導(dǎo)纖維。(

)(4)(2022·重慶卷)用瓷坩堝加熱熔化NaOH固體。(

)×√××重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度2

硅、二氧化硅的性質(zhì)及用途例2高純度晶體硅是典型的無機(jī)非金屬材料,它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)芯片上的一場偉大“革命”。工業(yè)上可以按下列方法制備:下列說法正確的是(

)A.硅的性質(zhì)穩(wěn)定,在自然界主要以單質(zhì)形式存在B.步驟①的化學(xué)方程式為SiO2+CSi+CO2↑C.可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣D.SiO2既可以與NaOH溶液反應(yīng),也可以與氫氟酸反應(yīng),因此SiO2屬于兩性氧化物C解析

硅在自然界主要以氧化物和硅酸鹽形式存在,A錯(cuò)誤;C與SiO2在高溫條件下反應(yīng)生成CO,B錯(cuò)誤;SiO2不溶于鹽酸,CaCO3與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的CaCl2,C正確;二氧化硅只與氫氟酸反應(yīng),與其他的酸都不反應(yīng),并且與氫氟酸反應(yīng)生成的不是鹽和水,該反應(yīng)是二氧化硅的特性,二氧化硅屬于酸性氧化物,D錯(cuò)誤。名稱性能主要用途晶體硅導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片、太陽能電池等二氧化硅性質(zhì)穩(wěn)定、透光性好光導(dǎo)纖維、玻璃儀器、裝飾品等新型陶瓷分別具有光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的特性可用于激光、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、壓電陶瓷(點(diǎn)火器)、磁懸浮技術(shù)、人工關(guān)節(jié)等石墨烯電阻率低、熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度大光電器件、超級(jí)電容器、電池、復(fù)合材料等碳納米管比表面積大、電學(xué)性能好、強(qiáng)度大傳感器、電池、復(fù)合材料等歸納總結(jié)新型無機(jī)非金屬材料的性能及主要用途

[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2](2024·遼寧大連八中高一統(tǒng)考)2024年,我國具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“龍芯”22歲了。下列關(guān)于硅及其化合物的敘述中錯(cuò)誤的有(

)①碳化硅是新型結(jié)構(gòu)陶瓷,結(jié)構(gòu)與金剛石相似,硬度很大②SiO2既能與HF反應(yīng),又能與NaOH反應(yīng),屬于兩性氧化物③晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料,能制成計(jì)算機(jī)芯片、太陽能電池板、光導(dǎo)纖維④Na2SiO3水溶液俗稱“水玻璃”,具有黏合力強(qiáng)、耐高溫的特性,可做黏合劑和防火劑⑤SiO2分子是由兩個(gè)氧原子和一個(gè)硅原子組成的⑥SiO2和CO2性質(zhì)相似,可溶于水生成硅酸⑦常溫下,硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,所以自然界中的硅大部分以游離態(tài)存在A.4個(gè)

B.5個(gè) C.3個(gè)

D.6個(gè)B解析

碳化硅結(jié)構(gòu)與金剛石相似,都是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),都為共價(jià)晶體,硬度很大,①正確;SiO2能與HF反應(yīng),不能與其他酸反應(yīng),能與NaOH反應(yīng)生成鹽和水,屬于酸性氧化物,②錯(cuò)誤;晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料,能制成計(jì)算機(jī)芯片、太陽能電池板,不能制成光導(dǎo)纖維,③錯(cuò)誤;Na2SiO3溶液俗稱“水玻璃”,可做防火劑,具有黏性,可以做黏合劑,④正確;SiO2晶體中不存在分子,其中O與Si的原子個(gè)數(shù)比為2∶1,⑤錯(cuò)誤;SiO2和CO2的某些性質(zhì)相似,但SiO2不溶于水,不能和水反應(yīng)生成硅酸,⑥錯(cuò)誤;常溫下,硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,但硅是親氧元素,自然界中的硅以化合態(tài)存在,⑦錯(cuò)誤。隨堂檢測

全達(dá)標(biāo)12345題組1硅酸鹽材料1.(2024·廣東肇慶高一期末)我國的酒文化源遠(yuǎn)流長,以下酒杯文物中主要由硅酸鹽材料制成的是(

)C解析

水晶、瑪瑙的主要成分是SiO2,不屬于硅酸鹽材料,A、B錯(cuò)誤;黑陶是陶瓷的一種,屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料,C正確;銀槎杯主要由單質(zhì)銀制成,屬于金屬材料,D錯(cuò)誤。123452.(2024·四川成都外國語學(xué)校高一期末)“九秋風(fēng)露越窯開,奪得千峰翠色來”贊譽(yù)了越窯秘色青瓷,描繪了我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品,下列有關(guān)說法中正確的是(

)A.硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C.玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品D.石英砂的主要成分均為硅酸鹽解析

硅酸鹽制品一般具有性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高的特點(diǎn),A正確;水泥的原料是黏土和石灰石,純堿、石灰石和石英砂是制造玻璃的原料,B錯(cuò)誤;陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽材料,不是玻璃,C錯(cuò)誤;石英砂的主要成分為二氧化硅,不是硅酸鹽,D錯(cuò)誤。A12345題組2新型無機(jī)非金屬材料3.(2023·云南普通高中學(xué)業(yè)水平合格考)2023年《自然》刊載了我國科研人員研發(fā)的一種薄如紙、可彎曲折疊的太陽能電池的研究成果。下列物質(zhì)用于太陽能電池的是(

)A.二氧化硅 B.碳化硅C.硅酸鹽 D.硅單質(zhì)D解析

高純硅單質(zhì)是一種半導(dǎo)體材料,可用于制造太陽能電池。

123454.(2024·山西懷仁高一統(tǒng)考)材料的開發(fā)與研究助力我國航空航天事業(yè)飛速發(fā)展。下列說法中正確的是(

)A.“神舟十五號(hào)”宇宙飛船返回艙外表面使用的新型高溫結(jié)構(gòu)陶瓷主要成分是硅酸鹽B.火箭芯一級(jí)尾段使用的碳纖維材料屬于新型無機(jī)非金屬材料C.“天問一號(hào)”使用的