无机非金属材料学案.doc

教师助手 学生帮手 家长朋友 第四章 第一节 硅 无机非金属材料 班级 姓名 编审张娜 时间 2014、10、26 【学习目标】 1.了解硅、二氧化硅的物理性质，掌握其化学性质。 2.了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能、用途。 【课前预习案】 一、单质硅与半导体材料 1.无机非金属材料包括 、 、 等，这类材料一般具有 、 、 的性质，有些材料还有独特的 。 传统无机非金属材料是以 为主要成分，主要包括 、 、 。 2.半导体材料特指导电能力介于 和 之间的一类材料。最早使用的半导体材料是 ，该材料的化学性质在常温下稳定；现在广泛使用的半导体材料是 3.单质硅 （1）存在和含量在地壳中，含量居第二位（O、Si、Al、Fe,只有化合态，是构成矿物和岩石的主要成分。有 和 两种同素异形体。 （2） 物理性质 晶体硅是 色、有 、 的固体。单质硅的导电性介于 和 之间。 （3） 化学性质 常温下，化学性质不活泼，不易与H2、O2、Cl2、H2SO4、HNO3等物质反应，但能与F2、HF、NaOH反应，方程式为Si2F2SiF4; 4HFSi SiF4↑2H2↑; Si2NaOHH2ONa2SiO32H2↑ 加热时，能与O2、Cl2、H2、C等非金属反应 SiO2 工业制粗硅SiO2 C （4） 硅的用途 硅的用途非常广泛，不但可用于制造 、 ，还用于制造 和 等，此外， 的用途也很广。 二、二氧化硅与光导材料 1.存在广泛存在于自然界中， 、 的主要成分就是二氧化硅。 2.物理性质二氧化硅是由 和 构成的，硬度 ，熔、沸点 ，难溶于水的固体。 3.化学性质（1）酸性氧化物 不溶于水，也不与水反应，可以与NaOH、CaO反应，方程式分别为 、 （2） 常温可与氢氟酸反应（特性） 方程式为 ，此反应工业上常用来 4. 二氧化硅的用途广泛，常被用来制造石英表中的 材料和高性能的现代通讯材料 。 三、硅酸和硅酸盐 1.硅酸（H2SiO3） 白色胶状固体，不溶于水，酸性H2CO3H2SiO3 原硅酸（H4SiO4） 白色胶状固体， H2OH2SiO3H4SiO4 2.硅酸盐多数难溶，Na2SiO3、K2SiO3易溶 硅酸钠水溶液俗称水玻璃，水玻璃是一种矿物胶，具有粘结性。 （1）硅酸钠溶液在空气中会变质，方程式 （2）实验室存放碱液的试剂瓶一般用 塞子，原因方程式 四、无机非金属材料 1.硅酸盐材料是 材料。硅酸盐制品性质 ，熔点 ，大都 于水。常见的硅酸盐产品有 等。 2.传统无机非金属材料 （1） 玻璃主要原料 主要成分 反应原理 、 玻璃态物质所具有的特性 （2） 水泥主要原料 主要成分 水泥的主要特性 混凝土是 、 、 的混合物。 （3） 陶瓷人类应用最早的硅酸盐材料。主要原料 生产工艺过程配料制备→配料熔融→成型→加工→晶化热处理→再加工 3. 无机非金属材料具有特殊结构、特殊功能。 如 陶瓷，包括氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等，氮化硅具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。 陶瓷对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常，可制成人体器官和组织，适合植入人体。 陶瓷具有压电效应，其主要成分是 。 【预习检测】 1、光纤是光导纤维的简称，制造光导纤维的主要原料是（ ） Ａ．铜 Ｂ．铝 Ｃ．石英砂 Ｄ．水玻璃 2、下列关于硅的说法中不正确的是（ ） Ａ．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体 Ｂ．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 Ｃ．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 Ｄ．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等反应 3、已知纯净物才有固定的熔沸点。则下列物质中，没有固定熔沸点的是（ ） Ａ．石英 Ｂ．Na2SiO3 Ｃ．固体SO3 Ｄ．玻璃 4、制水泥和玻璃时都需要用的原料是 （ ） A. 粘土 B.石英 C.石灰石 D.纯碱 5、下列有关物质的用途（括号中为用途）错误的是（ ） Ａ．锗和硅（半导体材料） Ｂ．二氧化硅（制光导纤维） Ｃ．石墨可用做绝缘材料 Ｄ．石英玻璃可用于制造光学仪器 【课堂探究案】 【探究一】硅单质的化学性质 1、常温下硅的化学性质稳定，但能和氟HF、强碱NaOH发生反应。 *①硅和氟气反应生成四氟化硅气体，化学方程式为Si2F2SiF4 *②硅和氢氟酸反应生成四氟化硅，化学方程式为4HFSi SiF4↑2H2↑ *③硅与NaOH溶液作用生成硅酸钠，反应的化学方程式为Si2NaOHH2ONa2SiO32H2↑ 2、在加热条件下，硅能和某些非金属单质发生反应。 ①硅与氧气在加热时反应生成二氧化硅程式为 ②硅和C12在加热条件下反应生成四氯化硅的化学方程式为 3、 硅的制取工业制粗硅化学方程式 在该反应中，氧化剂是 ，还原剂 。 粗硅的提纯 在高温下让粗硅（Si）与氯气（Cl2）反应，其产物在高温下被氢气（H2）还原而得到较纯的硅，反应方程式为 、 【探究二】二氧化硅的化学性质 1、酸性氧化物的性质Si02是酸性氧化物， 于水。常温下Si02与NaOH溶液反应得到硅酸钠Na2SiO3，反应的化学方程式为 高温下Si02能和碱性氧化物如CaO反应生成硅酸盐，反应的化学方程式为 2、 常温下，SiO2能与氢氟酸HF反应，此反应常用于刻蚀玻璃，反应的化学方程式为 3、二氧化硅的弱氧化性Si02高温下与C作用可制取粗硅，反应的化学方程式为 【思考】1实验室为什么不用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液应用什么样的塞子 2 Si02不溶于水，如何由Si02制取H2SiO3 3 氢氟酸能否用玻璃瓶保存 【探究三】比较SiO2、CO2在物理化学性质上异同。 二氧化碳 二氧化硅 状态 溶解性 与NaOH反应 与酸反应HF CO2通入水玻璃 SiO2与Na2CO3 高温下反应 【随堂检测】 1、在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是（ ） ①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤高氯酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙 ⑧氮气 Ａ．③⑤⑦⑧ Ｂ．⑤⑦⑧ Ｃ．⑤⑧ Ｄ．⑤ 2、室温下，下列物质不与晶体硅反应的是（ ） A.F2 B.HF C.KOH D.Cl2 3、在一些实验中需要熔融的氢氧化钠，熔融氢氧化钠应选用的器皿是 （ ） A.石英坩埚 B.普通玻璃坩埚 C.生铁坩埚 D.陶瓷坩埚 4、下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是（ ） A. 其最高价氧化物都能与NaOH溶液反应 B.单质在加热时都能与氧气反应 C.氧化物都能溶于水生成相应的酸 D.在常温下碳和硅的单质化学性质都不活泼 第四章 第一节 硅 无机非金属材料【课后拓展案】 班级 姓名 编审张娜 时间 2014、10、26 【基础练习】 1（双选）将过量的CO2通入下列溶液中，最终出现浑浊的是（ ） Ａ．CaCI2溶液 Ｂ．石灰水 Ｃ．饱和Na2CO3溶液 Ｄ．水玻璃 2、玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行刻蚀，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（ ） A、烧碱 B、纯碱 C 、氢氟酸 D、 盐酸 3、以下说法正确的是（ ） A.纳米材料是一种称为“纳米“的新物质制成的材料 B.绿色食品是指不含任何化学物质的食品 C.生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气 D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的 4、氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，具有较高的熔点、沸点和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等，化学性质稳定，据此可判断它的用途不可能是（ ） A.做耐磨材料 B.制有机玻璃 C.制柴油机 D. 制汽轮机叶片 5（双选）下列溶液可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是（ ） Ａ．硅酸钠溶液 Ｂ．氢氟酸 Ｃ．氢氧化钠溶液 Ｄ．氯化钠溶液 6.下列说法正确的是 （ ） A.SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也不溶于任何酸 B.SiO2是制造玻璃的主要原料之一，它在常温下与NaOH溶液不反应 C.因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以H2SiO3酸性比H2CO3强 D.CO2通入水玻璃中可得原硅酸 7.硅酸铜钡是当今用最新科学技术才能合成的一种物质。然而现在发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟是硅酸铜钡。下列关于硅酸铜钡的说法错误的是 A．易溶于水 B．难溶于水 C．属于硅酸盐 D．属于复盐 8.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是 A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2 D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀 9.下列各物质的用途（括号内为用途），错误的是（ ） A.硅（半导体材料） B.二氧化硅（光导纤维）C.溴化银（感光材料）D.碳酸钡（透视钡餐） 【拓展提高】 11．下列关于硅酸盐工业的一般特点的描述中，不正确的是 A.所有硅酸盐工业工艺流程顺序完全不同 B.都是用含有硅的物质作为原料 C.反应原理都是高温条件的复杂的物理化学变化 D.产品都是硅酸盐 12.反应SiO23CSiC2CO↑中，氧化剂与还原剂的质量比为（ ） A.3660 B.6036 C.12 D.21 13、下列5个转化，其中不能通过一步反应实现的是 ① SiO2 → Na2SiO3 ② CuSO4 → CuCl2 ③ SiO2 → H2SiO3 ④ CuO → Cu（OH）2 ⑤ Na2O2 → Na2SO4 A．① ② B．③ ④ C．② ③ ④ D．② ③ ④ ⑤ 14、实验室可用广口瓶贮存固体试剂，细口瓶存放液体试剂，但是有些试剂必须贮存在具橡胶塞的玻璃试剂瓶中。以下物质必须贮存在具有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是 。 ①KOH溶液 ②盐酸 ③水玻璃 ④氢氟酸 ⑤澄清石灰水 ⑥硝酸 ⑦NaOH溶液 15、硅酸盐材料是用含硅物质为原料加热制成的，硅酸盐工业包括制水泥、玻璃、陶瓷等。水泥具有水硬性等优点；玻璃具有良好的光学性质和可塑性；陶瓷有抗氧化、抗腐蚀、耐高温等优点。根据以上知识判断以下关于硅酸盐的说法中，合理的有 ①硅酸盐及其制品性质稳定，熔点很高，都难溶于水。 ②生产光导纤维的主要原料是玻璃。 ③水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧又不受腐蚀，在建筑工业上可作为黏合剂等。 ④玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3、SiO2组成的。 ⑤制取普通玻璃和普通水泥的原料中均有石灰石。 ⑥高岭石[Al2Si2O5OH4]可以表示为Al2O32 SiO22H2O，因为硅酸盐是由氧化物组成的。 ⑦水泥具有水硬性，故水泥不能进行水下施工 ⑧钢化玻璃和水晶玻璃都是普通玻璃加热软化然后急速冷却而成的高强度玻璃 16、下列反应中SiO2表现的是什么性质或作用将正确选项填在横线上。 ①酸性氧化物 ②弱氧化性 ③与挥发性酸酐的盐反应生成挥发性酸酐 高温 ④作为玻璃的成分与氢氟酸反应来雕刻玻璃 高温 （1）SiO24HFSiF4↑2H2O （2）SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2↑ （3）SiO22NaOHNa2SiO3 H2O （4）SiO22CSi2CO↑ 教师助手 学生帮手 家长朋友