《無機非金屬材料》化工生產中的重要非金屬元素PPT
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、 硅酸鹽材料
1.無機非金屬材料
2. 傳統無機非金屬材料
【微思考】
普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料,經混合、粉碎,在玻璃窯中熔融,發生復雜的物理變化和化學變化而制得。你能寫出發生反應的化學方程式嗎?
提示:由原料和玻璃的成分及反應條件“熔融”,可知反
應的化學方程式為
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑,
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑。
二、新型無機非金屬材料
1.硅和二氧化硅
(1)硅元素的存在與結構
(2)單質硅的制備:
【微思考】
工業上利用焦炭與SiO2在高溫下反應制備粗硅,由此能否說明碳的還原性大于硅?
提示:不能。比較氧化性、還原性的強弱,必須是在通常情況下發生的反應,上述反應是在高溫條件下發生的,故不能比較還原性的強弱。
(3)硅和二氧化硅的用途
2.新型陶瓷
3.碳納米材料
碳納米材料在_________________等領域有著廣闊的應用前景。
【情境·思考】
從陶瓷材料發展的歷史來看,經歷了三次飛躍。由陶器進入瓷器這是第一次飛躍;由傳統陶瓷發展到精細陶瓷是第二次飛躍;精細陶瓷粉體的顆粒較大,屬微米級(10-6 m),用新的制備方法把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級,用這種超細微粉體粒子來制造陶瓷材料,得到新一代納米陶瓷,這是陶瓷材料的第三次飛躍。納米陶瓷具有延展性,有的甚至出現超塑性。納米陶瓷被稱為21世紀陶瓷。
試分析傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料各有什么優點?
提示:傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的比較:傳統無機非金屬材料具有性質穩定、抗腐蝕、耐高溫等優點,但質脆,經不起熱沖擊。新型無機非金屬材料除具有傳統無機非金屬材料的優點外,還有某些特征如:強度高、具有電學、光學特性和生物功能等。
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關鍵能力·素養形成
知識點 二氧化碳與二氧化硅的性質比較
【重點釋疑】
二氧化碳與二氧化硅的性質比較
【知識拓展】硅及其化合物性質的“九大反常”
(1)碳族元素的主要化合價一般是+2、+4價,而硅常見的是+4價。
(2)硅的還原性比碳強,而碳在高溫下卻能從SiO2中還原出硅。
(3)非金屬單質與強堿反應一般不生成氫氣,而硅卻能與強堿溶液反應產生氫氣。
(4)非金屬單質一般不與非氧化性酸反應,而硅不但能與氫氟酸反應,而且還有H2生成(類似于較活潑金屬與酸的置換反應),Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
(5)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接將它與水作用制備H2SiO3。
(6)非金屬氧化物的熔、沸點一般較低,但SiO2的熔、沸點卻很高。
【思考·討論】
(1)盛NaOH溶液的試劑瓶一般是玻璃瓶、橡膠塞,你知道這是為什么嗎?
提示:試劑瓶的瓶塞一般是毛玻璃,易與氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉溶液,從而使瓶塞與瓶壁黏合在一起而難以打開,所以盛NaOH溶液的試劑瓶一般是玻璃瓶、橡膠塞。
(2)SiO2既能與NaOH溶液反應,也能與氫氟酸反應,能認為SiO2屬于兩性氧化物嗎?
提示:SiO2不屬于兩性氧化物。兩性氧化物指既能與酸反應,又能與堿反應生成鹽和水的氧化物。SiO2能與氫氟酸反應,但并不生成鹽和水。
【案例示范】
【典例】(2019·嘉興高一檢測)下列敘述正確的是 ( )
A.CO2和SiO2都是酸性氧化物,所以兩者物理性質相似
B.因為CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑,所以硅酸的酸性比碳酸強
C.CO2和SiO2都能與碳反應,且都作氧化劑
D.SiO2既能和NaOH反應,又能和HF反應,所以二氧化硅屬于兩性氧化物
【解題指南】解答本題應注意以下3點:
(1)CO2和SiO2在性質上既有一定的相似性又具有差異性。
(2)由于SiO2和HF反應是SiO2的特殊性質,SiO2與其他酸不反應,所以SiO2不是兩性氧化物。
(3)SiO2、CO2與C反應時SiO2、CO2均表現氧化性。
【解析】選C。CO2和SiO2都是酸性氧化物、化學性質相似,但物理性質差別很大,A項錯誤;硅酸的酸性比H2CO3弱,反應之所以發生,是因為CO2為氣體,可以脫離反應體系,B項錯誤;CO2和SiO2與C反應時都作氧化劑,C項正確;SiO2與HF反應時生成的SiF4不是鹽,所以SiO2不是兩性氧化物,D項錯誤。
【母題追問】(1)利用化學方程式說明碳酸和硅酸的酸性強弱。
提示:向硅酸鈉溶液中通入CO2氣體,發生反應Na2SiO3+
CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3,根據“較強酸制較弱酸”的原理,可知碳酸的酸性比硅酸強。
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無機非金屬材料PPT，第二部分內容：課題探究·素養提升
課題任務:以硫及其化合物、氮及其化合物的知識為載體,解決酸雨的防治問題
【情境創設】
柳州蝶變:從“酸雨之都”到“宜居花城”在上世紀80至90年代,廣西柳州傳統重工業聚集,粗放型發展模式使大氣遭到嚴重污染,年酸雨出現頻率最高達98%,被列為全國四大“酸雨之都”之一。作為廣西最大的工業基地和西南工業重鎮,柳州市多年來一直努力在工業發展與環境保護之間尋求平衡,現已成為踐行綠色發展理念的城市典范。近20多年來,柳州市經過酸雨治理、生態建設和新型工業化探索,已經由過去的“酸雨之都”蛻變為“宜居花城”。
在綠色發展理念的指引下,柳州實現了經濟效益與環境效益的統一,工業發展與生態環境的良性互動,走出了一條“生態工業城”的發展新路。如今柳州已成為國家低碳試點城市、國家循環經濟示范城市。
【素養解讀】
1.核心素養:
(1)科學探究與創新意識:能發現和提出有探究價值的問題,能從問題和假設出發,依據研究目的,設計探究方案。
(2)科學態度與社會責任:具有探索未知、崇尚真理的意識;具有節約資源、保護環境的可持續發展意識。
2.素養目標:
通過課題的探究學習,掌握硫、氮及其化合物的相關知識,初步養成綠色應用意識,增強社會責任感。
【素養探究】
【探究一】酸雨成分的分析
1.某同學查閱資料得知:酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落過程中,吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質,形成了pH低于5.6的酸性降水。中國的酸雨多為硫酸型酸雨,少為硝酸型酸雨,此外,各種機動車排放的尾氣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為標準是因為正常雨水的pH大約為5.6,請分析原因。
提示:空氣中含有CO2, CO2與雨水反應生成碳酸,故雨水的pH約為5.6。
(2)“硝酸型酸雨”是如何形成的?
提示:氮的氧化物NO2、NO與雨水反應生成硝酸,使雨水的pH小于5.6,發生的反應為2NO+O2==== 2NO2、3NO2+H2O====2HNO3+NO。
【探究二】防止酸雨的措施的選擇
2.通過近20年的治理,柳州空氣的二氧化硫含量已于2006年達標。
(1)把煤燃燒產生的廢氣通入CaCO3與水形成漿狀物,可以起到很好的脫硫效果,同時制得副產品石膏。試寫出有關反應的化學方程式。
提示:由于亞硫酸的酸性大于碳酸,故發生的反應為SO2+ CaCO3====CaSO3+CO2,CaSO3再被氧氣氧化:2CaSO3+O2====2CaSO4。
(2)為了持續打好環保戰,柳州市政府推廣綠色低碳的出行方式,大力支持當地清潔車輛的生產與使用。如使用純電動汽車,這些措施可以大大減少汽車尾氣的排放,汽車尾氣的主要污染氣體有哪些?造成的主要環境危害有哪些?
(3)為了徹底修復城市生態,進一步改造城市風貌,柳州市不僅做了“節能減排”的減法,還進行“綠色覆蓋”的加法,實施了一系列城市綠化建設工程。這些做法體現了什么環境治理的思想?
提示:柳州市的做法體現了環境治理的兩種措施:①控制進入大氣、土壤和水體的碳、硫和氮等化合物的量;②增強生態系統對碳、硫和氮等化合物的吸收能力。
【探究三】遷移應用
3.水華指淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然生態現象,是藻類大量繁殖后使水體呈現藍色或綠色的一種現象。你能解釋原因嗎?可以采取什么措施防止這種現象的發生?
【素養評價】
1.科學態度與社會責任—水平2:運用所學的化學知識和方法解釋生產、生活中簡單的化學問題;在實踐中逐步形成節約成本、循環利用、保護環境等觀念。
2.科學探究與創新意識—水平4:能根據文獻和實際需要提出綜合性的探究課題,根據假設提出多種探究方案,并評價和優化方案。
3.科學態度與社會責任—水平3:具有理論聯系實際的觀念,有將化學成果應用于生產、生活的意識,能依據實際條件并運用所學的化學知識和方法解決生產、生活中簡單的化學問題。
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