2025版高一化學(xué)必修第二冊（含不定項選擇）第五章 第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料

第三節(jié)無機(jī)非金屬材料課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.了解傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)原料、性能,認(rèn)識無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用。(宏觀辨識與微觀探析)2.結(jié)合實例認(rèn)識無機(jī)非金屬材料的多樣性,認(rèn)識無機(jī)非金屬材料在促進(jìn)社會文明進(jìn)步、自然資源綜合利用中的重要價值。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任)厘清重點硅酸鹽材料和新型無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)原料、性能及用途突破難點硅酸鹽材料和新型無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)原料、性能及用途學(xué)習(xí)任務(wù)一:硅酸鹽材料必備知識·導(dǎo)學(xué)[引入]中國是瓷器的故鄉(xiāng),瓷器是我國古代勞動人民的一個重要的創(chuàng)造。中國古代的五大名窯燒制的瓷器雖略有不同,但都屬于需要經(jīng)過多次高溫?zé)坪蜔坪罄鋮s等工序制成的硅酸鹽材料。1.無機(jī)非金屬材料2.硅酸鹽的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3.常見硅酸鹽材料(1)陶瓷原料黏土(主要成分是含水的鋁硅酸鹽)反應(yīng)條件高溫?zé)Y(jié)主要成分硅酸鹽主要特性抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型用途建筑材料、絕緣材料、日常器皿、衛(wèi)生潔具等(2)玻璃原料純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要設(shè)備玻璃窯反應(yīng)條件高溫熔融普通玻璃的成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2用途生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿,制造玻璃纖維等[思考]根據(jù)原料和玻璃的成分及反應(yīng)條件“熔融”,寫出燒制玻璃過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。提示:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑。(3)水泥主要原料石灰石、黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)條件高溫煅燒石膏的作用調(diào)節(jié)水泥硬化速率用途用于建筑和水利工程判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)漢代燒制出的瓷器,其主要原料為黏土。 (√)提示:陶瓷的主要原料為黏土。(2)玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品。 (×)提示:陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽材料,不是玻璃。(3)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行。(√)提示:陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行燒結(jié)、熔融或煅燒。(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純堿、石灰石和石英砂外,還需要加入金屬氧化物或鹽。(5)燒制玻璃時二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳,所以硅酸酸性比碳酸強(qiáng)。 (×)提示:二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生硅酸鈉,同時放出二氧化碳,說明在高溫條件下高沸點的酸性氧化物可以制取低沸點的酸性氧化物,而不能說明硅酸酸性比碳酸強(qiáng)。核心要點·歸納三種常見的硅酸鹽材料比較產(chǎn)品原料主要設(shè)備反應(yīng)原理主要成分陶瓷黏土—復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化—玻璃純堿、石灰石、石英砂玻璃窯碳酸鈉、碳酸鈣分別與二氧化硅反應(yīng)Na2SiO3、CaSiO3、SiO2水泥黏土、石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化硅酸鹽[注意]玻璃、水泥、陶瓷均為混合物。微點撥·拓教材硅酸鹽的表示方法(1)用鹽的化學(xué)式表示,如Na2SiO3。(2)用氧化物形式表示,如Na2O·SiO2(Na2SiO3)、Na2O·Al2O3·6SiO2(NaAlSi3O8)。學(xué)力診斷·測評1.(2024·河北選擇考)燕趙大地歷史悠久,文化燦爛。對下列河北博物院館藏文物的說法錯誤的是 ()A.青銅鋪首主要成分是銅錫合金B(yǎng).透雕白玉璧主要成分是硅酸鹽C.石質(zhì)浮雕主要成分是碳酸鈣D.青花釉里紅瓷蓋罐主要成分是硫酸鈣【解析】選D。青銅鋪首是青銅器,青銅的主要成分是銅錫合金,A正確;透雕白玉璧是玉石,玉石的主要成分是硅酸鹽,B正確;石質(zhì)浮雕是漢白玉,漢白玉的主要成分是碳酸鈣,C正確;青花釉里紅瓷蓋罐是陶瓷,陶瓷的主要成分是硅酸鹽,D錯誤。2.“九秋風(fēng)露越窯開,奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句,描繪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)說法正確的是 ()A.玻璃無色透明,為純凈物B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C.硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽【解析】選C。玻璃屬于混合物,A項錯誤;純堿、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項錯誤;硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高,C項正確;沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸鹽,D項錯誤?！狙a償訓(xùn)練】1.含硅物質(zhì)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛,下列有關(guān)硅酸鹽材料的敘述不正確的是 ()A.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B.燒結(jié)黏土制陶瓷,不涉及化學(xué)反應(yīng)C.普通水泥的主要成分是硅酸鹽D.制普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石、石英砂【解析】選B。燒結(jié)黏土制陶瓷的過程包含復(fù)雜的物理、化學(xué)變化,B項錯誤。2.傳統(tǒng)欽州坭興陶制備工藝主要包括以下幾個步驟:制備坯料→坯體成型→修整坯體→坯體干燥→裝飾坯體→燒制坯體→拋光打磨。下列制陶過程中,涉及化學(xué)變化的是 ()A.坯體成型B.坯體干燥C.燒制坯體D.拋光打磨【解析】選C。坯體成型過程中無新物質(zhì)生成,為物理變化,故A錯誤;坯體干燥過程中無新物質(zhì)生成,為物理變化,故B錯誤;燒制坯體過程中有新物質(zhì)生成,為化學(xué)變化,故C正確;拋光打磨過程中無新物質(zhì)生成,為物理變化,故D錯誤。學(xué)習(xí)任務(wù)二:新型無機(jī)非金屬材料必備知識·導(dǎo)學(xué)[引入]光導(dǎo)纖維被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一,它使信息高速公路在全球迅猛發(fā)展。光導(dǎo)纖維的主要成分是什么?堿性環(huán)境下,光導(dǎo)纖維為什么會失去傳播信號的能力?1.常見的新型無機(jī)非金屬材料高純度的含硅元素的材料2.硅和二氧化硅(1)硅元素的存在與結(jié)構(gòu)(2)高純硅的制備寫出其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式①SiO2+2CSi+2CO↑;②Si+3HClSiHCl3+H2;③SiHCl3+H2Si+3HCl。[注意]碳和二氧化硅反應(yīng)時,碳被氧化只能生成一氧化碳。[思考]在半導(dǎo)體工業(yè)中有這樣一句行話:“從沙灘到用戶”,你是如何理解的?提示:沙子的主要成分是SiO2,作為半導(dǎo)體材料的硅單質(zhì)是用焦炭還原SiO2制得的。(3)二氧化硅①存在:石英、水晶、瑪瑙、沙子的主要成分是SiO2。②化學(xué)性質(zhì)a.不與水、一般的酸反應(yīng)b.具有酸性氧化物的通性分別寫出SiO2與CaO、NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:SiO2+CaOCaSiO3;SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;c.特性:與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和H2O,化學(xué)方程式為SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。[注意](1)SiO2雖然能與氫氟酸反應(yīng),但并不生成鹽和水,故SiO2不屬于兩性氧化物。(2)NaOH能與磨口玻璃塞中的SiO2反應(yīng),生成具有黏性的Na2SiO3,把瓶塞與瓶口黏結(jié)在一起,因此不能用帶磨砂玻璃塞的玻璃瓶盛放堿液,應(yīng)用橡膠塞。[思考]能否用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸?提示:不能;玻璃中含有二氧化硅,能被氫氟酸腐蝕。(4)硅和二氧化硅的用途3.新型陶瓷4.碳納米材料判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)硅元素在自然界中既有化合態(tài),又有游離態(tài)。 (×)提示:硅元素在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽形式存在。(2)單晶硅熔點高,所以可用作半導(dǎo)體材料。 (×)提示:單晶硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,所以可用作半導(dǎo)體材料,與單晶硅的熔點高低無關(guān)。(3)高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維。 (×)提示:光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2。(4)工業(yè)上制取粗硅的反應(yīng)是SiO2+CSi+CO2↑。 (×)提示:工業(yè)上用焦炭與二氧化硅在高溫條件下反應(yīng)制取粗Si,同時反應(yīng)產(chǎn)生CO,故制取粗硅的反應(yīng)是SiO2+2CSi+2CO↑。(5)高純度的二氧化硅廣泛用于制作光導(dǎo)纖維,光導(dǎo)纖維遇強(qiáng)堿會“斷路”。 (√)提示:制作光導(dǎo)纖維的主要材料為二氧化硅,其能與堿發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉和水,所以光導(dǎo)纖維遇強(qiáng)堿會“斷路”。(6)富勒烯、碳納米管和石墨烯的主要成分都是碳單質(zhì)。 (√)提示:富勒烯、碳納米管和石墨烯都屬于碳納米材料,主要成分都是碳單質(zhì)。學(xué)力診斷·測評1.自然界中硅元素主要以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在于地殼中。下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是 ()A.新一代激光陀螺驅(qū)動系列功能芯片的主要材料是單晶硅B.制造太陽能電池板的主要材料是二氧化硅C.硅酸可由酸性氧化物SiO2與水化合而制得D.SiO2是酸性氧化物,不與任何酸發(fā)生反應(yīng)【解析】選A。硅單質(zhì)是良好的半導(dǎo)體材料,常用于制芯片,故A正確;制造太陽能電池板的主要材料是硅單質(zhì),故B錯誤;SiO2不溶于水,不與水反應(yīng),故C錯誤;SiO2能與HF反應(yīng),故D錯誤。2.碳化硅性能優(yōu)異,可作為新質(zhì)生產(chǎn)力的典型產(chǎn)品代表。下列關(guān)于硅及碳化硅的說法不正確的是 ()A.碳化硅能耐高溫抗氧化B.硅在自然界中既有化合態(tài),又有游離態(tài)C.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D.硅單質(zhì)的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間【解析】選B。碳化硅具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能,故A不符合題意;硅在自然界中只有化合態(tài),沒有游離態(tài),故B符合題意;碳化硅結(jié)構(gòu)與金剛石相似,都是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),硬度很大,故C不符合題意;硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,故D不符合題意?！狙a償訓(xùn)練】我國宇航員的航天服是由我國科學(xué)家研制的新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料做成的,主要由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成。下列相關(guān)敘述錯誤的是 ()A.它耐高溫、抗氧化B.它比鋼鐵輕,但質(zhì)地較脆C.它沒有固定熔點D.它是一種新型無機(jī)非金屬材料【解析】選B。由題目信息中“連續(xù)纖維增韌”可知,該航天服的韌性很好,質(zhì)地并不是很脆,B錯誤。學(xué)情檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.陶瓷是火與土的結(jié)晶,是中華文明的象征之一,其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯誤的是 ()A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色,來自氧化鐵B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品,由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成C.陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料,主要化學(xué)成分是硅酸鹽D.陶瓷具有耐高溫、耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點【解析】選A。氧化鐵為紅棕色固體,瓷器的青色不可能來自氧化鐵,A錯誤;秦兵馬俑是陶制品,陶制品是由黏土或含有黏土的混合物經(jīng)混煉、成形、煅燒而制成的,B正確;陶瓷的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物,陶瓷的主要成分是硅酸鹽,與水泥、玻璃等同屬硅酸鹽產(chǎn)品,C正確;陶瓷的主要成分是硅酸鹽,硅酸鹽具有耐高溫、耐酸堿侵蝕、抗氧化等特點,D正確?！狙a償訓(xùn)練】1.玻璃、陶瓷和水泥是重要的無機(jī)非金屬材料,它們的主要成分中都含有的元素是 ()A.氮B.硫C.硅D.氯【解析】選C。玻璃、陶瓷、水泥屬于傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料,它們的主要成分中都含有硅元素和氧元素,故選項C正確。2.下列物品或設(shè)施未使用硅酸鹽材料的是 ()A.石英鐘 B.混凝土橋墩C.陶瓷餐具 D.門窗玻璃【解析】選A。石英鐘的石英主要成分是SiO2,不含硅酸鹽,故A正確;混凝土中含有大量的硅酸鹽,故B錯誤;陶瓷是用含有硅酸鹽的黏土制作而成的,故C錯誤;玻璃是硅酸鹽材料,故D錯誤。2.(雙選)材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。下列有關(guān)物質(zhì)的說法正確的是 ()A.太陽能電池板廣泛應(yīng)用在航天器上,其材料是晶體硅B.石英玻璃、碳化硅陶瓷、水泥、石墨烯都是硅酸鹽材料C.半導(dǎo)體行業(yè)中有一句話:“從沙灘到用戶”,計算機(jī)芯片的材料是硅D.中國航天飛船外殼用到的是特種鎂合金,屬于新型無機(jī)非金屬材料【解析】選A、C。晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料,常用于制作太陽能電池板,故A正確;石墨烯是碳元素形成的單質(zhì),屬于新型無機(jī)非金屬材料,不是硅酸鹽材料,故B錯誤;計算機(jī)芯片的材料是硅,故C正確;特種鎂合金是性能優(yōu)良的金屬材料,不屬于新型無機(jī)非金屬材料,故D錯誤。3.硅酸鹽具有特殊的性質(zhì)與應(yīng)用,回答下列問題:(1)硅酸鹽材料是傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料,下列產(chǎn)品屬于硅酸鹽的是①②⑥⑦(填序號)。

①玻璃;②陶瓷;③石英玻璃;④硅芯片;⑤光導(dǎo)纖維;⑥水泥;⑦磚瓦(2)在水泥、玻璃的制備時,都需要的原料是石灰石。

(3)磷酸鈣陶瓷是一種新型無機(jī)非金屬材料,可用于制造人造骨骼,這是利用了這類材料的D(填字母)。

A.耐高溫的特性 B.電學(xué)特性C.光學(xué)特性 D.生物功能(4)向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體,現(xiàn)象是生成白色沉淀,

化學(xué)方程式為Na2SiO3+CO