5.3無機(jī)非金屬材料精品實(shí)用課件2021-2022學(xué)年下學(xué)期高一化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

組織建設(shè)第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素

第三節(jié)無機(jī)非金屬材料【學(xué)習(xí)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】1、了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途、

知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的作用。2、了解晶體硅、SiO2、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機(jī)非

金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用。

核心素養(yǎng)1、通過對(duì)硅及化合物的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生論據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。2、通過對(duì)無機(jī)非金屬材料的了解，深刻認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要的作用，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的化學(xué)核心素養(yǎng)。學(xué)習(xí)目標(biāo)閱讀教材P19第一自然段思考并回答下列問題：1.材料的分類？2.無機(jī)非金屬材料的組成元素？3.無機(jī)非金屬材料的性能特點(diǎn)？【學(xué)生活動(dòng)一】

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展對(duì)材料性能要求的提高，一批新型無機(jī)非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域必需的材料。1.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料成分什么？2.硅酸鹽材料有何特點(diǎn)？請(qǐng)從結(jié)構(gòu)角度加以解釋.閱讀教材P19硅酸鹽材料思考并回答下列問題：3.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料哪些？硅酸鹽【學(xué)生活動(dòng)

二

】硅酸鹽的結(jié)構(gòu)在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。【資料卡片】一、硅酸鹽材料----傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料陶瓷玻璃水泥1.陶瓷的原料是什么？2.陶瓷的性能？閱讀教材20頁1陶瓷，結(jié)合日常接觸的陶瓷器皿思考并回答下列問題：3.陶瓷的主要用途？【學(xué)生活動(dòng)

三

】一、硅酸鹽材料1、陶瓷陶瓷原料：歷史應(yīng)用：黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)青花瓷、唐三彩生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等China反應(yīng)條件：高溫?zé)Y(jié)瓷都熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定唐三彩1.普通玻璃的主要成分是什么？3.玻璃的性能？閱讀教材20頁

2玻璃，結(jié)合日常接觸的玻璃思考并回答下列問題：4.玻璃的主要用途？2.生產(chǎn)普通玻璃的原料是什么？【學(xué)生活動(dòng)

四

】一、硅酸鹽材料------傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料玻璃原料：工業(yè)設(shè)備：應(yīng)用：純堿、石灰石和石英砂玻璃窯主要成分：生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿，制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO22、玻璃透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)

普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料,經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化而制得。你能寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎?【思考與交流】SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑普通玻璃加熱近熔化再急速冷卻得鋼化玻璃鋼化玻璃不同性能的玻璃【資料卡片】1.生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的主要原料是什么？3.水泥的性能？閱讀教材21頁3水泥，結(jié)合對(duì)水泥的了解思考并回答下列問題：4.水泥的主要用途？2.加石膏的目的是什么？【學(xué)生活動(dòng)

五

】水泥原料工業(yè)設(shè)備黏土和石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯混凝土水泥、沙子和碎石等與水混合石膏的作用條件高溫煅燒調(diào)節(jié)水泥硬化速率一、硅酸鹽材料------傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料3、水泥遇水逐漸變硬（水硬性）、硬化后性質(zhì)穩(wěn)定1.晶體硅的性能？主要用途？3.如何制取粗硅？產(chǎn)物是什么？為什么？試寫出化學(xué)方程式。閱讀教材21、22頁新型無機(jī)非金屬材料1硅和二氧化硅思考并回答下列問題：4.如何由粗硅制取高純硅？試寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。2.二氧化硅的性能？主要用途？【學(xué)生活動(dòng)

六

】1.硅和二氧化硅(1)硅元素的存在與結(jié)構(gòu)存在含量存在形態(tài)地殼中居第___位___________________二氧化物和硅酸鹽二、新型無機(jī)非金屬材料第三周期、第ⅣA族自然界的硅：不存在單質(zhì)硅二、新型無機(jī)非金屬材料半導(dǎo)體材料、(2)硅的應(yīng)用(3)硅的工業(yè)制取高溫SiO2+2C===Si+2CO↑計(jì)算機(jī)芯片、硅太陽能電池等導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間硅晶片用于生產(chǎn)芯片【資料卡片】高純硅的制備工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000

℃Si+3HCl=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃1.硅和二氧化硅

(4)二氧化硅二、新型無機(jī)非金屬材料

二氧化硅可用來生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘?hào)不易衰減，能有效提高通信效率。性質(zhì)穩(wěn)定、透光性好沙子石英砂瑪瑙水晶SiO2

二氧化硅----酸性氧化物與堿性氧化物：與堿：與鹽：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+Na2CO3

=Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaO=CaSiO3高溫盛NaOH溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞與氫氟酸HF反應(yīng)——常用于雕刻玻璃

SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O二氧化硅特性：1.新型陶瓷的性能？主要用途？閱讀教材22頁新型無機(jī)非金屬材料2新型陶瓷思考并回答下列問題：2.碳化硅的結(jié)構(gòu)？性能？主要用途？【學(xué)生活動(dòng)

六

】戰(zhàn)斗機(jī)上應(yīng)用了陶瓷材料2.新型陶瓷二、新型無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)性能高溫抗氧化性能碳原子和硅原子通過共價(jià)鍵連接硬度大砂紙和砂輪的磨料耐高溫結(jié)構(gòu)材料耐高溫半導(dǎo)體材料碳化硅陶瓷分別具有光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的性質(zhì)【科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)】壓電陶瓷：透明陶瓷：主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化，可用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等。主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好，可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等。超導(dǎo)陶瓷：在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷透明陶瓷壓電陶瓷超導(dǎo)陶瓷新型陶瓷氧化鋁陶瓷二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷氮化硅陶瓷幾種新型陶瓷1.碳納米材料主要包括哪些物質(zhì)？主要用途？閱讀教材23、24頁新型無機(jī)非金屬材料3碳納米材料思考并回答下列問題：3.石墨烯的性能？主要用途？2.碳納米管的性能？主要用途？【學(xué)生活動(dòng)

七

】3.碳納米材料二、新型無機(jī)非金屬材料

碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。——富勒烯3.碳納米材料二、新型無機(jī)非金屬材料

富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對(duì)象，開啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代?！技{米管3.碳納米材料二、新型無機(jī)非金屬材料

碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等?！?.碳納米材料二、新型無機(jī)非金屬材料

石墨烯是只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度。作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入。分類名稱性能主要用途傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷玻璃水泥熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定建筑材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)遇水逐漸變硬（水硬性）、硬化后性質(zhì)穩(wěn)定建筑材料、各種器皿、光學(xué)儀器等大量用于建筑、水利、道路等工程【小結(jié)

】分類名稱性能主要用途新型無機(jī)非金屬材料晶體硅二