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1、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目标学习目标素养目标素养目标学法指导学法指导结结合合生生产产、生生活活中中各各种种常常见见的的无无机机非非金金属属材材料料的的应应用用，了了解解多多种种硅硅酸酸盐盐材材料料、新新型型无无机机非非金金属材料的性能和用途属材料的性能和用途科科学学态态度度与与社会责任社会责任1本本节节内内容容与与人人们们生生产产、生生活活联联系系密密切切，所所以以在在学学习习时时应应联联系系实实际际，认认识识无无机机非非金金属属材材料料的的种种类类、性性质质和和用用途途，这这样样能能加加深深对对这这些些知识的理解和应用知识的理解和应用2对对于于晶晶体体硅硅的的
2、制制备备要要结结合合教教材材中中的的流流程程图图和和反反应应，认认识识晶晶体体硅硅的制备原理的制备原理掌握晶体硅的制备原理掌握晶体硅的制备原理变变化化观观念念与与平衡思想平衡思想课前 新知导学1无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐材料硅酸盐材料硅硅氧氧高温高温腐蚀腐蚀高高2传统无机非金属材料多为硅酸盐材料传统无机非金属材料多为硅酸盐材料(1)硅酸盐的结构与性能。硅酸盐的结构与性能。四面体四面体硅酸盐的结构硅酸盐的结构性质性质Si和和O构成了硅氧构成了硅氧_多多数数具具有有硬硬度度高高、熔熔点点高高、难难溶溶于于水水、化化学学性性质质_、_等等特点特点稳定稳定耐腐蚀耐腐蚀(或耐高温或耐高温)(2)
3、三种常见硅酸盐产品。三种常见硅酸盐产品。黏土黏土硅酸盐产品硅酸盐产品原料原料主主要要设设备备或或生产条件生产条件应用应用陶瓷陶瓷_(主主要要成成分分为为含含水水的的_)高温烧结高温烧结用用于于生生产产建建筑筑材材料料、绝绝缘缘材材料料、日日用用器器皿、卫生洁具等皿、卫生洁具等铝硅酸盐铝硅酸盐硅酸盐产品硅酸盐产品原料原料主要设备或生产条件主要设备或生产条件应用应用玻玻璃璃(主主要要成成分分：_、_和和_)_、_和和_在在_中中熔熔融融，发发生生复复杂杂的的_和和_变化而制得变化而制得用用于于生生产产建建筑筑材材料料、光光学学仪仪器器和和各各种种器器皿皿，还还可可制制造造玻玻璃璃纤纤维维用用于于高
4、高强度复合材料等强度复合材料等水泥水泥_、_、石石膏膏(调调节节水水泥泥的的_)_水水泥泥、沙沙子子和和碎碎石石等等与与水水混混合合可可以以得得到到_，大大量量用用于于建建筑筑和和水利工程水利工程Na2SiO3CaSiO3SiO2纯碱纯碱石灰石石灰石石英砂石英砂玻璃窑玻璃窑物理物理化学化学黏土黏土 石石灰石灰石硬化速率硬化速率水泥回转窑水泥回转窑混混凝凝土土(3)特种玻璃。特种玻璃。在在玻玻璃璃中中加加入入的的元素或物质元素或物质玻璃特性玻璃特性用途用途铅铅光光学学玻玻璃璃：_，折折射射率率_制制造造眼眼镜镜、照照相相机机和光学仪器的透镜和光学仪器的透镜硼酸盐硼酸盐耐耐_、耐温度、耐温度_制制
5、造造可可用用于于实实验验室室使用的玻璃仪器使用的玻璃仪器金属氧化物或盐金属氧化物或盐彩色玻璃彩色玻璃用于用于_透光性好透光性好高高化学腐蚀化学腐蚀急剧变化急剧变化建筑和装饰建筑和装饰生生产产玻玻璃璃的的原原料料是是纯纯碱碱、石石灰灰石石和和石石英英砂砂(主主要要成成分分是是SiO2)，而而玻玻璃璃的的主主要要成成分分是是Na2SiO3、CaSiO3和和SiO2，那那么么在在生生产产过过程程中中发发生生了了怎怎样的反应？试写出反应的化学方程式。样的反应？试写出反应的化学方程式。微思考微思考1根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是()以
6、含硅物质作为原料以含硅物质作为原料主要产物是硅酸盐主要产物是硅酸盐反应条件是高温反应条件是高温反应原理是复杂的物理变化和化学变化反应原理是复杂的物理变化和化学变化A只有只有B只有只有CD只有只有【答案】【答案】C【解解析析】传传统统陶陶瓷瓷多多是是将将黏黏土土与与水水的的混混合合物物通通过过高高温温烧烧结结制制成成，其其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。故均正确。均正确。2制取下列物质不需要用石灰石做原料的是制取下列物质不需要用石灰石做原料的是()A硅酸硅酸B水泥水泥C玻璃玻璃D生石灰生石灰【答案】【答案】A【解析】【解析】硅酸由可溶性硅酸盐与酸
7、反应制得。硅酸由可溶性硅酸盐与酸反应制得。1硅和二氧化硅硅和二氧化硅(1)单质硅的性质。单质硅的性质。硅硅单单质质的的导导电电性性介介于于_之之间间，是是应应用用最最为为广广泛泛的的_材料。材料。(2)自自然然界界中中的的硅硅元元素素：主主要要以以_(如如地地壳壳中中的的大大多多数数矿矿物物)和和氧化物氧化物(如如_和和_)的形式存在的形式存在。新型无机非金属材料新型无机非金属材料导体和绝缘体导体和绝缘体半导体半导体硅酸盐硅酸盐水晶水晶玛瑙玛瑙(3)晶体硅的制备。晶体硅的制备。写出化学方程式：写出化学方程式：_。_。_。(4)硅和二氧化硅的用途。硅和二氧化硅的用途。高纯硅：高纯硅：_、_等。等
8、。二氧化硅晶体：生产二氧化硅晶体：生产_。2新型陶瓷新型陶瓷(1)碳化硅碳化硅(SiC)。制芯片制芯片硅太阳能电池硅太阳能电池光导纤维光导纤维俗称俗称结构特点结构特点主要性能主要性能用途用途_碳碳原原子子、硅硅原原子子以以_连连接接，结结构类似构类似_硬硬度度很很大大、优优异异的的高高温温抗抗_性能性能砂砂纸纸和和砂砂轮轮的的_、耐耐高高温温结结构构材材料料和和耐耐高高温温_材料材料金刚砂金刚砂共价键共价键金刚石金刚石氧化氧化磨料磨料半导体半导体(2)新型陶瓷。新型陶瓷。名称名称原料或成分原料或成分优良性能优良性能用途用途高温高温结构结构陶瓷陶瓷一一般般用用碳碳化化硅硅、氮氮化化硅硅或或某某些
9、些金金属属氧氧化化物物等等在在高高温温下下烧烧结而成结而成耐耐高高温温、抗抗氧氧化化、耐磨蚀等耐磨蚀等可可用用于于_、汽汽车车发发动动机机和和高高温温电电极极材材料等料等压电压电陶瓷陶瓷主主要要有有_和和_等等能能实实现现机机械械能能与与_的相互转化的相互转化可可用用于于滤滤波波器器、扬扬声声器器、超声波探伤器和点火器等超声波探伤器和点火器等火箭发动机火箭发动机钛酸盐钛酸盐锆酸盐锆酸盐电能电能名称名称原料或成分原料或成分优良性能优良性能用途用途透明透明陶瓷陶瓷主主要要有有_、_等等 氧氧 化化 物物 透透 明明 陶陶 瓷瓷 和和_、_等等非非氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷具具有有优优异异的的光光
10、学学性性能能，耐耐高高温温，绝绝缘缘性好性好可可用用于于_、激激光光器器和和高高温温探探测测窗窗等等超导超导陶瓷陶瓷在在某某一一临临界界温温度度下下电电阻阻为为_，具具有有_性性可可用用于于电电力力、交交通通、医疗等领域医疗等领域氧化铝氧化铝氧化钇氧化钇氮化铝氮化铝氟化钙氟化钙高压钠灯高压钠灯零零超导超导3碳纳米材料碳纳米材料名称名称组成组成性能性能应用或用途应用或用途富勒烯富勒烯由由碳碳原原子子构构成成的的一一系系列列_分分子子的的总总称称，其其中中C60是是富勒烯的代表物富勒烯的代表物C60的的发发现现为为纳纳米米科科学学提提供供了了重重要要的的研研究究对对象象，开开启启了了碳碳纳纳米米材
11、材料料的的研研究究和和应应用用的的新新时时代代，如如用用C60作作车轮的车轮的“_”笼形笼形纳米汽车纳米汽车名称名称组成组成性能性能应用或用途应用或用途碳纳碳纳米管米管可可看看成成由由_卷卷成成的的_，具具有有_的直径的直径碳碳纳纳米米管管的的比比表表面面积积大大，有有相相当当高高的的_和和优优良良的的_性能性能可可用用于于生生产产_、_和和_等等石墨石墨烯烯是是 只只 有有 _直径直径厚度的厚度的_电电阻阻率率_、热热导导率率_，具具有有_的的强度强度可可用用于于光光电电器器件件、超超级级电电容容器器、电电池池和和复复合合材材料料等等方方面面，如如使使用用了了石石墨墨烯烯材材料料的的_和和_
12、等等石墨石墨片层片层管状物管状物纳米纳米尺尺度度强度强度电学电学复合材料复合材料电池电池传感器传感器一个一个碳碳原原子子单层石墨单层石墨低低高高很高很高动力电池动力电池超轻海绵超轻海绵(1)利用石英坩埚能否熔融利用石英坩埚能否熔融NaOH固体？固体？【答答案案】不不能能。因因石石英英坩坩埚埚中中的的SiO2会会与与NaOH在在加加热热条条件件下下发发生生反应。反应。(2)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分是否都是碳单质？富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分是否都是碳单质？【答案】【答案】是是。微思考微思考1下列有关新型无机非金属材料的说法正确的是下列有关新型无机非金属材料的说法正确的是()A高纯
13、硅可用于制造光导纤维高纯硅可用于制造光导纤维B高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池C碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等碳化硅化学性质稳定，可用于生产砂纸、砂轮等D金刚石、石墨烯、金刚石、石墨烯、C60等都属于碳纳米材料等都属于碳纳米材料【答案】【答案】C【解解析析】高高纯纯硅硅可可用用于于制制造造太太阳阳能能电电池池，A错错误误；高高纯纯二二氧氧化化硅硅可可用于制造光导纤维，用于制造光导纤维，B错误；金刚石不属于碳纳米材料，错误；金刚石不属于碳纳米材料，D错误。错误。2下列物质中，属于新型无机非金属材料的是下列物质中，属于新型无机非金属材料的是()A有色玻璃
14、有色玻璃B碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷C石英玻璃石英玻璃D钢化玻璃钢化玻璃【答案】【答案】B【解解析析】有有色色玻玻璃璃、钢钢化化玻玻璃璃主主要要成成分分与与普普通通玻玻璃璃相相同同，属属于于传传统统无机非金属材料；石英玻璃属于传统无机非金属材料。无机非金属材料；石英玻璃属于传统无机非金属材料。课堂 重难探究重难理解重难理解工业制备高纯硅的反应原理工业制备高纯硅的反应原理重难点高纯硅的制备重难点高纯硅的制备在在无无机机非非金金属属材材料料中中，硅硅一一直直扮扮演演着着主主要要的的角角色色。制制备备纯纯硅硅的的主主要步骤如下：要步骤如下：在在18002000温度下用碳还原二氧化硅制得粗硅；温度下用碳还原
15、二氧化硅制得粗硅；典典例精练例精练请回答下列问题：请回答下列问题：(1)第第步步制制备备粗粗硅硅反反应应的的化化学学方方程程式式为为_。(2)粗粗硅硅与与HCl反反应应完完全全后后，经经冷冷凝凝得得到到的的SiHCl3(沸沸点点33.0)中中含含有有少少量量SiCl4(沸沸点点57.6)和和HCl(沸沸点点84.7)，提提纯纯SiHCl3采采用用的的方方法为法为_。(3)从基本反应类型角度分类，步骤从基本反应类型角度分类，步骤中发生的反应属于中发生的反应属于_。(4)为为鉴鉴定定产产品品硅硅中中是是否否含含微微量量铁铁单单质质，将将试试样样用用稀稀盐盐酸酸溶溶解解，取取上上层清液后需再加入的试
16、剂是层清液后需再加入的试剂是_(填字母填字母)。A氯水氯水BNaOH溶液溶液CKSCN溶液溶液DNa2SO3溶液溶液(2023山山东东青青岛岛二二中中期期中中改改编编)晶晶体体硅硅是是一一种种重重要要的的非非金金属属材材料料，有科学家认为硅是有科学家认为硅是“21世纪的能源世纪的能源”“”“未来的石油未来的石油”。(1)工业上生产纯硅的工艺流程如下：工业上生产纯硅的工艺流程如下：石石英英砂砂的的主主要要成成分分是是SiO2，在在制制备备粗粗硅硅时时反反应应的的氧氧化化产产物物为为_(填填化化学学式式)，焦焦炭炭的的作作用用是是_(填填“氧氧化化剂剂”或或“还还原原剂剂”)；在在该该反反应应中中，若若消消耗耗了了3.0gSiO2，则则转转移移电电子子的的总总数数为为_(用用NA表表示阿伏加德罗常数示阿伏加德罗常数)。(2)某某实实验验室室利利用用SiHCl3(沸沸点点33.0)与与过过量量H2在在10001100反反应应制制得得纯纯硅硅(灰灰黑黑色色固固体体)。已已知知SiHCl3能能与与H2O强强烈烈反反应应，在在空空气气中中易易自燃。装置如图所示自燃。装置如图所示(热源及夹持装置略去
