1、第三节无机非金属材料 一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料必备知识必备知识自主学习自主学习产产品品主要原料主要原料主要设主要设备备主要成分主要成分用途用途陶陶瓷瓷_(_(主要成分为主要成分为含水的铝硅酸盐含水的铝硅酸盐)硅酸盐硅酸盐建筑材料、绝缘材料、建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等日用器皿、卫生洁具等玻玻璃璃_、_、石英砂石英砂(主要成分主要成分是是_)_)玻璃窑玻璃窑_、_、SiOSiO2 2建筑材料、光学仪器、建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合各种器皿、高强度复合材料等材料等水水泥泥石灰石、黏土石灰石、黏土水泥回水泥回转窑转窑硅酸盐硅酸盐建筑材料、水利工程建筑材料、水利工程黏土黏土
2、纯碱纯碱石灰石石灰石NaNa2 2SiOSiO3 3CaSiOCaSiO3 3SiOSiO2 2【自主探索自主探索】(1)(1)硅酸盐材料具有哪些常见特点硅酸盐材料具有哪些常见特点?这是什么原因造成的这是什么原因造成的?生产水泥时为什么生产水泥时为什么加入适量石膏加入适量石膏?提示提示:硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点蚀等特点,这是由于硅氧四面体的特殊结构决定的。加入适量石膏是为了调节这是由于硅氧四面体的特殊结构决定的。加入适量石膏是为了调节水泥的硬化速率。水泥的硬化速率。(2)(2)(情境思考
3、情境思考)藏器曰藏器曰玻璃玻璃,西国之宝也。玉石之类西国之宝也。玉石之类,生土中。或云千岁冰所生土中。或云千岁冰所化化,亦未必然。亦未必然。时珍曰时珍曰出南番。有酒色、紫色、白色出南番。有酒色、紫色、白色,莹澈与水精相似莹澈与水精相似,碾开碾开有雨点花者为真。外丹有雨点花者为真。外丹 家亦用之。药烧者有气眼而轻。如何书写玻璃生产中家亦用之。药烧者有气眼而轻。如何书写玻璃生产中的两个重要反应方程式的两个重要反应方程式?提示提示:NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2;CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 CaSiOCaSiO
4、3 3+CO+CO2 2。高温高温=高温高温=(3)(3)(教材二次开发教材二次开发)教材中描述教材中描述“生产中采用不同的原料和工艺生产中采用不同的原料和工艺,可以制得多种可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃具有不同性能和用途的玻璃”。用途用途玻璃中添加的原料玻璃中添加的原料优点优点制造眼镜、照相机制造眼镜、照相机和透镜等和透镜等添加含添加含_的原料的原料透光性好透光性好,折射率折射率_实验室使用的实验室使用的玻璃仪器玻璃仪器加入加入_耐化学腐蚀、耐化学腐蚀、耐温度急剧变化耐温度急剧变化建筑、装饰建筑、装饰_或盐或盐彩色玻璃彩色玻璃铅铅强强硼酸盐原料硼酸盐原料金属氧化物金属氧化物二、新型无机
5、非金属材料二、新型无机非金属材料1.1.硅和二氧化硅硅和二氧化硅(1)(1)硅元素的存在与结构硅元素的存在与结构(2)(2)单质硅的制备单质硅的制备:(3)(3)硅和二氧化硅的用途硅和二氧化硅的用途(连一连连一连)2.2.新型陶瓷新型陶瓷3.3.碳纳米材料碳纳米材料碳纳米材料在碳纳米材料在能源、能源、_、医药等领域有、医药等领域有广阔的前景。广阔的前景。信息信息【自主探索自主探索】(1)(1)为什么实验室盛放为什么实验室盛放NaOHNaOH溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞?提示提示:当玻璃瓶配玻璃塞时当玻璃瓶配玻璃塞时,瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理
6、。玻璃中含瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含SiOSiO2 2,磨砂玻璃遇到强碱如磨砂玻璃遇到强碱如NaOHNaOH溶液时溶液时,SiO,SiO2 2与与NaOHNaOH反应生成反应生成NaNa2 2SiOSiO3 3,使试剂瓶受使试剂瓶受腐蚀。腐蚀。NaNa2 2SiOSiO3 3有良好的黏结性有良好的黏结性,它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。故使它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。故使用橡胶塞而不能使用玻璃塞。用橡胶塞而不能使用玻璃塞。(2)(2)(知识关联知识关联)如何通过实验证明生石灰中既混有石英如何通过实验证明生石灰中既混有石英,又混有石灰石又混有石灰石?提示提示:先加过
7、量的盐酸搅拌先加过量的盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现观察是否有不溶物剩余及气泡出现;若有不溶物则若有不溶物则滤出滤出,投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解。投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解。(3)(3)(情境思考情境思考)光导纤维被认为是光导纤维被认为是2020世纪最伟大的发明之一世纪最伟大的发明之一,它使信息高速公路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在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么?提示提示:光导纤维的主要成分是光导纤维的主要成分是SiOSiO2 2。(4)(4)(教材二次开发教材二次开发)教材中描述教材中描述“新型陶瓷与传统陶瓷相比新型陶瓷与传统陶瓷相比,在
8、成分上有了很大在成分上有了很大变化。变化。”新型陶瓷和传统陶瓷相比较新型陶瓷和传统陶瓷相比较,性能上各有哪些优点性能上各有哪些优点?提示提示:传统陶瓷具有性质稳定、抗腐蚀、耐高温等特点传统陶瓷具有性质稳定、抗腐蚀、耐高温等特点,但是质脆但是质脆,经不起热冲经不起热冲击。新型陶瓷具有传统陶瓷的优点外击。新型陶瓷具有传统陶瓷的优点外,还有某些特征如还有某些特征如:强度高强度高,具有电学、光具有电学、光学特性等。学特性等。=分类酸性氧化物价态最高价(氧化性)特性与氢氟酸反应高温高温高温高温二氧化硅的化学性质SiNa2SiO3SiO2H2SiO3O2 /F2Na2O、NaOHH2O+CO2/HClNa
9、OH物质类别物质类别化化合合价价单质单质氧化物氧化物盐盐含氧酸含氧酸0+4酸碱转化酸碱转化氧化还原转化氧化还原转化Na2CO3C/高温高温SiF4HFHFNaOHSiCl4Cl2H2氯化物氯化物硅元素的价类图SiHCl3HClH2+2关键能力关键能力合作学习合作学习知识点知识点COCO2 2和和SiOSiO2 2深度对比深度对比化学式化学式COCO2 2SiOSiO2 2构成构成COCO2 2分子分子1 1个个SiSi周围有周围有4 4个个O,1O,1个个O O周围有周围有2 2个个Si,Si,呈空间网状结构呈空间网状结构,无无SiOSiO2 2分子分子物理性质物理性质气体气体,熔、沸点低熔、
10、沸点低,溶于水溶于水固体固体,熔、沸点高熔、沸点高,硬度大硬度大,不溶于水不溶于水与碱性氧与碱性氧化物反应化物反应CaO+COCaO+CO2 2=CaCO=CaCO3 3CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaSiO CaSiO3 3与碱溶液与碱溶液反应反应2NaOH+CO2NaOH+CO2 2=Na=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O O与盐反应与盐反应NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O O=NaNa2 2COCO3 3+H+H2 2SiOSiO3 3SiO
11、SiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3 Na Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2高温高温=高温高温=化学式化学式COCO2 2SiOSiO2 2与碳反应与碳反应C+COC+CO2 2 2CO 2CO2C+SiO2C+SiO2 2 Si+2CO Si+2CO与与H H2 2O O作用作用COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3与水不反应与水不反应与酸反应与酸反应不反应不反应只与氢氟酸反应只与氢氟酸反应SiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2O O用途用途干冰用于人工降雨干冰用于人工降雨,合成肥料合成肥料制饰品、制实验室里的坩
12、埚、制光导纤维制饰品、制实验室里的坩埚、制光导纤维高温高温=【规律方法规律方法】用氧化物形式表示硅酸盐的化学式用氧化物形式表示硅酸盐的化学式(1)(1)氧化物的书写顺序氧化物的书写顺序:较活泼金属的氧化物较活泼金属的氧化物较不活泼金属的氧化物较不活泼金属的氧化物二氧化二氧化硅硅水。水。(2)(2)氧化物之间以氧化物之间以“”隔开隔开,计量数配置应化为整数计量数配置应化为整数,且计量数只表示该氧化且计量数只表示该氧化物的数目。物的数目。(3)(3)用氧化物形式表示时用氧化物形式表示时,各元素的化合价应保持不变。各元素的化合价应保持不变。【合作探究合作探究】(1)(1)(思维升华思维升华)同主族元
13、素的性质具有递变性同主族元素的性质具有递变性,则酸性则酸性H H2 2COCO3 3HH2 2SiOSiO3 3。此结论与。此结论与反应反应SiOSiO2 2+Na+Na2 2COCO3 3 Na Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2是否矛盾是否矛盾?如何设计实验证明如何设计实验证明H H2 2COCO3 3的酸性大的酸性大于于H H2 2SiOSiO3 3?提示提示:不矛盾。元素的非金属性不矛盾。元素的非金属性CSi,CSi,则酸性则酸性H H2 2COCO3 3HH2 2SiOSiO3 3。可通过反应。可通过反应NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=
14、NaO=Na2 2COCO3 3+H+H2 2SiOSiO3 3(白色白色)证明。证明。高温高温=(2)(2)(情境思考情境思考)本草衍义本草衍义中有如下叙述中有如下叙述:“:“嘉州峨眉山有燕萨石嘉州峨眉山有燕萨石,形六棱而形六棱而锐首锐首,色莹白明澈。色莹白明澈。”这里这里“燕萨石燕萨石”的主要成分的主要成分SiOSiO2 2,燕萨石的克星是氢氟酸燕萨石的克星是氢氟酸,氢氟酸为什么能使燕萨石瞬间溶解氢氟酸为什么能使燕萨石瞬间溶解?(?(科学态度与社会责任科学态度与社会责任)提示提示:SiOSiO2 2与氢氟酸反应生成与氢氟酸反应生成SiFSiF4 4和和H H2 2O O。(3)“(3)“玛
15、瑙玛瑙”早期被书写成早期被书写成“马脑马脑”。因。因“色如马脑色如马脑,故从彼名故从彼名”。自佛经传入。自佛经传入中国后中国后,翻译人员考虑到翻译人员考虑到“马脑属玉石类马脑属玉石类”,于是巧妙地译成于是巧妙地译成“玛瑙玛瑙”。玛瑙的主要成分为二氧化硅玛瑙的主要成分为二氧化硅,由于与水化二氧化硅由于与水化二氧化硅(硅酸硅酸)交替而常重复成层。交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属因其夹杂氧化金属,颜色可从极淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅颜色可从极淡色以至暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸酸(H(H2 2SiOSiO3 3)?)?提示提示:二氧化硅不与水反应二氧化硅不与水反应,故应先与碱故
16、应先与碱(如如NaOHNaOH溶液溶液)反应生成硅酸盐反应生成硅酸盐,再与酸再与酸(如盐酸如盐酸)反应生成硅酸。反应生成硅酸。(4)(4)(教材二次开发教材二次开发)教材中描述教材中描述“工业制备高纯硅的原理示意图工业制备高纯硅的原理示意图”。能否通过。能否通过反应反应SiOSiO2 2+2C Si(+2C Si(粗粗)+2CO)+2CO证明证明C C、SiSi的非金属性强弱的非金属性强弱?同主族元素性质具同主族元素性质具有一定的相似性有一定的相似性,根据根据2Mg+CO2Mg+CO2 2 2MgO+C,2MgO+C,你能写出镁和二氧化硅反应的化学你能写出镁和二氧化硅反应的化学方程式吗方程式吗
17、?(?(宏观辨识与微观探析宏观辨识与微观探析)提示提示:硅的还原性比碳强硅的还原性比碳强,而碳在高温下却能从而碳在高温下却能从SiOSiO2 2中还原出硅。中还原出硅。2Mg+SiO2Mg+SiO2 2 Si+2MgOSi+2MgO。高温高温=点燃点燃=高温高温=【典例示范典例示范】【典例典例】下列关于下列关于SiOSiO2 2和和COCO2 2的说法中正确的是的说法中正确的是()A.COA.CO2 2、SiOSiO2 2都能与碱及碱性氧化物反应都能与碱及碱性氧化物反应B.COB.CO2 2和和SiOSiO2 2与水反应分别生成相应的酸与水反应分别生成相应的酸C.COC.CO2 2和和SiOS
18、iO2 2在一定条件下均能将碳还原为在一定条件下均能将碳还原为COCOD.COD.CO2 2和和SiOSiO2 2都是由相应的分子构成的都是由相应的分子构成的【解题指南解题指南】解答本题注意以下两点解答本题注意以下两点:(1)(1)二氧化碳、二氧化硅的构成不同。二氧化碳、二氧化硅的构成不同。(2)(2)二氧化碳和二氧化硅所属类别相同二氧化碳和二氧化硅所属类别相同,但性质存在很大差异。但性质存在很大差异。【解析解析】选选A A。COCO2 2、SiOSiO2 2都是酸性氧化物都是酸性氧化物,都能与碱及碱性氧化物反应都能与碱及碱性氧化物反应,故故A A正确正确;SiOSiO2 2不溶于水不溶于水,
19、也不能和水反应生成硅酸也不能和水反应生成硅酸,B,B不正确不正确;根据反应根据反应C+COC+CO2 2 2CO 2CO、2C+SiO2C+SiO2 2 Si+2CO,C Si+2CO,C被氧化为被氧化为CO,CCO,C不正确不正确;CO;CO2 2是由分子构成的是由分子构成的,SiO,SiO2 2是由是由SiSi、O O原子直接构成的原子直接构成的,D,D不正确。不正确。高温高温=【母题追问母题追问】(1)SiO(1)SiO2 2既能与既能与NaOHNaOH溶液反应溶液反应,也能与氢氟酸反应也能与氢氟酸反应,能认为能认为SiOSiO2 2属于属于两性氧化物吗两性氧化物吗?提示提示:SiOSi
20、O2 2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应,又能与碱反应生成又能与碱反应生成盐和水的氧化物。盐和水的氧化物。SiOSiO2 2能与氢氟酸反应能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水但并不生成盐和水,这只是这只是SiOSiO2 2的一个的一个特性特性,SiO,SiO2 2属于典型的酸性氧化物。属于典型的酸性氧化物。(2)(2)常见的由原子构成的物质有哪些常见的由原子构成的物质有哪些?提示提示:SiSi、SiOSiO2 2、SiCSiC、金刚石等。、金刚石等。【素养训练素养训练】1.20201.2020年新型冠状病毒肺炎疫情全球暴发年新型冠状病毒肺炎疫情全
21、球暴发,对学生的学习造成严重的影响对学生的学习造成严重的影响,我国我国各地推出了各地推出了“停课不停学停课不停学”的政策的政策,利用空中课堂进行教学利用空中课堂进行教学,信号主要通过光纤信号主要通过光纤进行传播进行传播,光纤的主要成分为光纤的主要成分为SiOSiO2 2。下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A.COA.CO2 2与与SiOSiO2 2都能跟都能跟H H2 2O O反应生成相应的酸反应生成相应的酸B.SiOB.SiO2 2与与COCO2 2都不能与酸反应都不能与酸反应C.SiOC.SiO2 2与与COCO2 2(干冰干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应都能够与氢氧化钠溶液反应D.D.水
22、晶的主要成分是水晶的主要成分是CaSiOCaSiO3 3【解析解析】选选C C。A A项项,CO,CO2 2与水反应与水反应,SiO,SiO2 2不与水反应不与水反应,也不溶于水也不溶于水;B;B项项,SiO,SiO2 2为酸性为酸性氧化物氧化物,能与能与HFHF反应反应,但但COCO2 2不与酸反应不与酸反应;C;C项项,SiO,SiO2 2、COCO2 2(干冰干冰)均能与均能与NaOHNaOH溶液反溶液反应应:SiO:SiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O,COO,CO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2COCO3 3+H+H
23、2 2O;DO;D项项,水晶是纯净的水晶是纯净的SiOSiO2 2。2.2.用胶头滴管向用石蜡围成的用胶头滴管向用石蜡围成的“Spark”Spark”凹槽内注入某溶液凹槽内注入某溶液,即可在玻璃上刻蚀即可在玻璃上刻蚀出出“Spark”Spark”的字样的字样,则该溶液是则该溶液是()A.A.盐酸盐酸B.B.氢氟酸氢氟酸C.C.烧碱烧碱D.D.饱和食盐水饱和食盐水【解析解析】选选B B。能腐蚀玻璃的是氢氟酸。能腐蚀玻璃的是氢氟酸,反应的化学方程式为反应的化学方程式为SiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2O O。【课堂小结课堂小结】【三言两语话重点三言两语话重点】1.1.熟记两种物质的用途熟记两种物质的用途:Si:Si半导体材料半导体材料,太阳能电池材料太阳能电池材料,SiO,SiO2 2制光导纤维。制光导纤维。2.SiO2.SiO2 2的两个性质的两个性质:酸性、氧化性。酸性、氧化性。3.33.3个重要化学反应方程式个重要化学反应方程式SiOSiO2 2+2NaOH=Na+2NaOH=Na2 2SiOSiO3 3+H+H2 2O OSiOSiO2 2+2C Si+2CO+2C Si+2COSiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2O O高温高温=
