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1、无机非金属材料,一、 硅酸盐材料 1.无机非金属材料,2. 传统无机非金属材料,黏土,纯碱、石,灰石和石,英砂,Na2SiO3、,CaSiO3、,SiO2,黏土和,石灰石,【微思考】 普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗?,提示:由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”,可知反 应的化学方程式为 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2, SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2。,二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)硅元素的存在与结构,二,氧化物,和硅酸,盐,第三周,期、第,A
2、族,(2)单质硅的制备:,【微思考】 工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅,由此能否说明碳的还原性大于硅? 提示:不能。比较氧化性、还原性的强弱,必须是在通常情况下发生的反应,上述反应是在高温条件下发生的,故不能比较还原性的强弱。,(3)硅和二氧化硅的用途,2.新型陶瓷,3.碳纳米材料 碳纳米材料在_等领域有着广阔的应 用前景。,能源、信息、医药,复合,材料,【情境思考】 从陶瓷材料发展的历史来看,经历了三次飞跃。由陶器 进入瓷器这是第一次飞跃;由传统陶瓷发展到精细陶瓷 是第二次飞跃;精细陶瓷粉体的颗粒较大,属微米级 (10-6 m),用新的制备方法把陶瓷粉体的颗粒加工到纳 米级,用这
3、种超细微粉体粒子来制造陶瓷材料,得到新,一代纳米陶瓷,这是陶瓷材料的第三次飞跃。纳米陶瓷 具有延展性,有的甚至出现超塑性。纳米陶瓷被称为21世纪陶瓷。,试分析传统无机非金属材料和新型无机非金属材料各有什么优点?,提示:传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较:传统无机非金属材料具有性质稳定、抗腐蚀、耐高温等优点,但质脆,经不起热冲击。新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。,知识点 二氧化碳与二氧化硅的性质比较 【重点释疑】 二氧化碳与二氧化硅的性质比较,【知识拓展】硅及其化合物性质的“九大反常” (1)碳族元素的主要化合
4、价一般是+2、+4价,而硅常见的是+4价。 (2)硅的还原性比碳强,而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。 (3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气,而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。,(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应),Si+4HF=SiF4+2H2。 (5)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备H2SiO3。 (6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但SiO2的熔、沸点却很高。,(7)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2却能与氢氟酸作 用。SiO2+4HF=SiF4+2H2O。 (8)
5、无机酸一般易溶于水,而H2SiO3却难溶于水。 (9)因H2CO3的酸性强于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入 CO2能发生下列反应:Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+ Na2CO3,但在高温下Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2也能 发生。,【思考讨论】 (1)盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞,你知道这是为什么吗? 提示:试剂瓶的瓶塞一般是毛玻璃,易与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠溶液,从而使瓶塞与瓶壁黏合在一起而难以打开,所以盛NaOH溶液的试剂瓶一般是玻璃瓶、橡胶塞。,(2)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,能认为SiO2属于两性氧化
6、物吗? 提示:SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水。,【案例示范】 【典例】(2019嘉兴高一检测)下列叙述正确的是 ( ) A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以两者物理性质相似 B.因为CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2,所以硅酸的酸性 比碳酸强,C.CO2和SiO2都能与碳反应,且都作氧化剂 D.SiO2既能和NaOH反应,又能和HF反应,所以二氧化硅属于两性氧化物,【解题指南】解答本题应注意以下3点: (1)CO2和SiO2在性质上既有一定的相似性又具有差异性。 (2)由于SiO2和HF反
7、应是SiO2的特殊性质,SiO2与其他酸不反应,所以SiO2不是两性氧化物。 (3)SiO2、CO2与C反应时SiO2、CO2均表现氧化性。,【解析】选C。CO2和SiO2都是酸性氧化物、化学性质相似,但物理性质差别很大,A项错误;硅酸的酸性比H2CO3弱,反应之所以发生,是因为CO2为气体,可以脱离反应体系,B项错误;CO2和SiO2与C反应时都作氧化剂,C项正确;SiO2与HF反应时生成的SiF4不是盐,所以SiO2不是两性氧化物,D项错误。,【母题追问】(1)利用化学方程式说明碳酸和硅酸的酸性强弱。 提示:向硅酸钠溶液中通入CO2气体,发生反应Na2SiO3+ CO2+H2O=H2SiO
8、3+Na2CO3,根据“较强酸制较弱酸”的原理,可知碳酸的酸性比硅酸强。,(2) C项发生的反应中碳的作用是否相同? 提示:相同。反应C+CO2 2CO、2C+SiO2 Si+2CO 中碳都作还原剂。,【迁移应用】 2018年 11月5日至7日,世界光纤光缆大会在杭州举行。本次大会以“一个光纤连接的智能世界”为主题,围绕“全球光纤光缆供需走势”、“5G和物联网带来的需求展望”、“一带一路”倡议和“智能制造”等热点议题展开深入讨论与交流。光缆的主要成分为SiO2。,下列叙述正确的是 ( ) A.CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸 B.SiO2与CO2都不能与酸反应 C.SiO2与CO2
9、(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应 D.水晶的主要成分是SiC,【解析】选C。A项,CO2与水反应,SiO2不与水反应,也不溶于水;B项,SiO2能与HF反应,但CO2不与酸反应;C项,SiO2、CO2均能与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOH= Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O;D项,水晶是纯净的SiO2,SiC俗称金刚砂。,【补偿训练】 1.(2019兰州高一检测)下列关于二氧化硅的叙述不正确的是 ( ) 光导纤维主要成分是SiO2,故SiO2可以导电 能跟强碱反应,但不能与水反应 SiO2的熔、沸点较低 既不是酸性氧化物,又不是碱性氧化物 A.和 B. C
10、.和 D.只有,【解析】选B。光导纤维只能对光传导;SiO2熔、沸点很高;虽然SiO2不溶于水,但它仍然是酸性氧化物,它是H2SiO3的酸酐。,2.硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列说法正确的是( ) A.水晶项链是硅酸盐制品 B.硅单质广泛用于光纤通讯 C.利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 D.水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料,【解析】选D。水晶项链主要成分是二氧化硅,A错;光纤是由二氧化硅制造而成的,B错;石英中的二氧化硅不与盐酸反应,C错。,3.下列关于碳和硅的叙述中,正确的是 ( ) A.其氧化物都能与NaOH溶液反应 B.其单质在加热时都能跟O2反应 C.其氧化物都能溶于水生成相
11、应的酸 D.碳和硅两种元素共有两种单质,【解析】选B。CO与NaOH溶液不反应,A错误;SiO2与水不反应,C错误;碳有多种同素异形体,D错误。,【素养提升】 “玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑,故从彼名”。自佛经传入中国后,翻译人员考虑到“马脑属玉石类”,于是巧妙地译成“玛瑙”。,玛瑙的主要成分为二氧化硅,由于与水化二氧化硅(硅酸)交替而常重复成层。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酸(H2SiO3)?,提示:二氧化硅不与水反应,故应先与碱(如NaOH溶液)反应生成硅酸盐,再与酸(如盐酸)反应生成硅酸。,【课堂回眸】,课题任务:以硫及其化合物、氮及其
12、化合物的知识为载体,解决酸雨的防治问题,【情境创设】 柳州蝶变:从“酸雨之都”到“宜居花城” 在上世纪80至90年代,广西柳州传统重工业聚集,粗放 型发展模式使大气遭到严重污染,年酸雨出现频率最高 达98%,被列为全国四大“酸雨之都”之一。作为广西 最大的工业基地和西南工业重镇,柳州市多年来一直努,力在工业发展与环境保护之间寻求平衡,现已成为践行 绿色发展理念的城市典范。近20多年来,柳州市经过酸雨治理、生态建设和新型工业化探索,已经由过去的“酸雨之都”蜕变为“宜居花城”。,在绿色发展理念的指引下,柳州实现了经济效益与环境效益的统一,工业发展与生态环境的良性互动,走出了一条“生态工业城”的发展
13、新路。如今柳州已成为国家低碳试点城市、国家循环经济示范城市。,【素养解读】 1.核心素养: (1)科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发,依据研究目的,设计探究方案。 (2)科学态度与社会责任:具有探索未知、崇尚真理的意识;具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。,2.素养目标: 通过课题的探究学习,掌握硫、氮及其化合物的相关知识,初步养成绿色应用意识,增强社会责任感。,【素养探究】 【探究一】酸雨成分的分析 1.某同学查阅资料得知:酸雨是指pH小于5.6的雨雪或 其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中,吸收 并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质,形成
14、了pH低于5.6的酸性降水。中国的酸雨多为硫酸型酸雨,少为硝酸型酸雨,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。,(1)酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。以5.6为标准是因为正常雨水的pH大约为5.6,请分析原因。 提示:空气中含有CO2, CO2与雨水反应生成碳酸,故雨水的pH约为5.6。,(2)“硝酸型酸雨”是如何形成的? 提示:氮的氧化物NO2、NO与雨水反应生成硝酸,使雨水的pH小于5.6,发生的反应为2NO+O2= 2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO。,(3)某测定酸雨的站点对取得的酸雨样品进行了pH的测定,随时间推移,得到了如下实验数据。试分析酸雨的类
15、型、形成原因及pH随时间变化的原因。,提示:隔一段时间检测,发现pH逐渐减小,酸性增强,发生的反应为2H2SO3+O2=2H2SO4,酸雨样品中的H2SO3逐渐被氧化成H2SO4,使溶液的酸性增强,由此可以得出酸雨形成过程为二氧化硫与水反应SO2+H2O=H2SO3,酸雨为硫酸型酸雨。,(4)如何设计实验证明(3)中的结论,写出你的思路,并与同学们进行交流。 提示:取一定量上述雨水,加入足量盐酸,再加热将产生的气体通入品红溶液中,品红溶液褪色;取反应后的雨水于另一试管中,加入BaCl2溶液,产生白色沉淀;如图:,【探究二】防止酸雨的措施的选择 2.通过近20年的治理,柳州空气的二氧化硫含量已于
16、2006年达标。 (1)把煤燃烧产生的废气通入CaCO3与水形成浆状物,可以起到很好的脱硫效果,同时制得副产品石膏。试写出有关反应的化学方程式。,提示:由于亚硫酸的酸性大于碳酸,故发生的反应为SO2+ CaCO3=CaSO3+CO2,CaSO3再被氧气氧化:2CaSO3+ O2=2CaSO4。,(2)为了持续打好环保战,柳州市政府推广绿色低碳的出行方式,大力支持当地清洁车辆的生产与使用。如使用纯电动汽车,这些措施可以大大减少汽车尾气的排放,汽车尾气的主要污染气体有哪些?造成的主要环境危害有哪些?,提示:汽车尾气的主要污染气体为CO、NO、NO2等,对环境的主要危害有光化学烟雾、酸雨等。,(3)
17、为了彻底修复城市生态,进一步改造城市风貌,柳州市不仅做了“节能减排”的减法,还进行“绿色覆盖”的加法,实施了一系列城市绿化建设工程。这些做法体现了什么环境治理的思想? 提示:柳州市的做法体现了环境治理的两种措施:控制进入大气、土壤和水体的碳、硫和氮等化合物的量;增强生态系统对碳、硫和氮等化合物的吸收能力。,【探究三】迁移应用 3.水华指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象,是藻类大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。你能解释原因吗?可以采取什么措施防止这种现象的发生?,提示:水华主要是由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后,水体富营养化,引起藻类大量繁殖。为了防止水体富营养化可采取以下措施:严控水域附近建设氮肥厂、磷肥厂;禁止含磷洗涤剂的使用;工业、生活废水去营养化处理;合理使用氮肥、磷肥。,【素养评价】 1.科学态度与社会责任水平2:运用所学的化学知识和方法解释生产、生活中简单的化学问题;在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。 2.科学探究与创新意识水平4:能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题,根据假设提出多种探究方案,并评价和优化方案。,3.科学态度与社会责任水平3:具有理论联系实际的观念,有将化学成果应用于生产、生活的意识,能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。,