【公開課】新型無(wú)機(jī)非金屬材料課件高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

化學(xué)高中人教版必修二第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料課時(shí)2新型無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)閱讀和討論，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2.通過(guò)學(xué)習(xí)，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無(wú)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，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣硅的存在形式學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀硅是一種親氧元素在自然界中主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數(shù)礦物）和氧化物（如水晶、瑪瑙、石英砂）的形式存在在地殼中的含量位居第二，僅次于氧元素硅與二氧化硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀從硅在自然界中的存在，你能看出二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)嗎？【思考】SiO2是一種難溶于水的非金屬氧化物，硬度大，熔點(diǎn)高SiO2有結(jié)晶態(tài)（如瑪瑙、沙子、石英等）和無(wú)定形態(tài)（如硅藻土）兩種，統(tǒng)稱為硅石硅與二氧化硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀從二氧化硅的物理性質(zhì)，結(jié)合硅在元素周期表中的位置，你能預(yù)測(cè)二氧化硅的空間結(jié)構(gòu)嗎？二氧化硅的結(jié)構(gòu)和硅酸鹽相同，都是硅氧四面體結(jié)構(gòu)：一個(gè)硅連接四個(gè)氧，一個(gè)氧連接兩個(gè)硅，故化學(xué)式為SiO2以硅為研究對(duì)象，1molSiO2含有1mol硅原子，1mol硅原子會(huì)形成4mol硅氧鍵【思考】硅與二氧化硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀相同點(diǎn)

碳和硅位于同一主族，探究CO2和SiO2的化學(xué)性質(zhì)有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？【活動(dòng)】酸性氧化物與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2＋2NaOH

Na2SiO3＋H2O

硅酸鈉（粘合性）SiO2＋CaO

CaSiO3高溫二氧化硅是硅酸的酸酐，但是二氧化硅不能與水反應(yīng)生成硅酸【注意】弱氧化性SiO2+2C

Si+2CO↑高溫（在玻璃上雕花刻字）特性SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2OHF是唯一能與SiO2反應(yīng)的酸硅與二氧化硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀SiO2用途①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光學(xué)和光纖制品的基本原料；③水晶、石英和瑪瑙可制作飾品和工藝品；④水晶用來(lái)制造電子工業(yè)中的重要部件。光導(dǎo)纖維能導(dǎo)電嗎？【思考】硅與二氧化硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀盛放酸性和氧化性溶液的試劑瓶不能用橡膠塞，盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，為什么？【思考】酸性和氧化性溶液會(huì)腐蝕橡膠塞，而堿性溶液會(huì)與玻璃中的SiO2反應(yīng)，生成硅酸鈉，使試劑瓶與瓶塞粘在一起加熱熔融NaOH和不能使用陶瓷坩堝，石英坩堝和鋁坩堝，只能使用鐵坩堝，為什么？陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能與NaOH反應(yīng)，鋁坩堝的主要成分是氧化鋁，也能與NaOH反應(yīng)

硅與二氧化硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀二氧化碳

二氧化硅水堿堿性氧化物碳酸鹽HF氧化性CO2+2NaOH====

Na2CO3+H2O不反應(yīng)CO2+H2O====

H2CO3CO2+CaO====

CaCO3不反應(yīng)CO2+H2O+Na2CO3

====

2NaHCO3

CO2+C====2COSiO2+CaO=====

CaSiO3高溫

SiO2+4HF====

SiF4↑+2H2OSiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+2C====

Si+2CO↑高溫SiO2+2NaOH====

Na2SiO3+H2O硅學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀資料卡片——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。高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。利用其半導(dǎo)體性能可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備和家用電器等的芯片，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車等的硅太陽(yáng)能電池。硅元素處于金屬與非金屬的過(guò)渡位置，其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料。硅的制備學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀①SiO2+2C

Si+2CO↑

②

Si+3HCl

SiHCl3+H2③SiHCl3+H2

Si+3HCl工業(yè)制備高純硅的原理示意圖學(xué)知識(shí)返回導(dǎo)讀硅的化學(xué)性質(zhì)④Si+4HF===SiF4↑+2H2↑⑤Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑①Si+2F2===SiF4△③Si+O2===SiO2△②Si+2Cl2===SiCl4△返回導(dǎo)讀見核心知識(shí)P141學(xué)知識(shí)新型陶瓷

新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細(xì)微粒為原料特制而成。又稱精細(xì)陶瓷、精密陶瓷。在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面有很多新的特性和功能。返回導(dǎo)讀見核心知識(shí)P141學(xué)知識(shí)新型陶瓷碳化硅結(jié)構(gòu)碳原子和硅原子通過(guò)共價(jià)鍵連接，類似于金剛石的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)性質(zhì)硬度大，熔點(diǎn)高，抗氧化應(yīng)用

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（俗稱金剛砂）一種新型高溫結(jié)構(gòu)陶瓷返回導(dǎo)讀學(xué)知識(shí)新型陶瓷高溫結(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、耐腐蝕等優(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。壓電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。透明陶瓷主要有氧化鋁、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?？捎糜诟邏衡c燈、激光器和高溫探測(cè)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，可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。返回導(dǎo)讀學(xué)知識(shí)碳納米材料碳納米材料是近年來(lái)人們十分關(guān)注的一類新型無(wú)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。返回導(dǎo)讀學(xué)知識(shí)碳納米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。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。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。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。練能力提升練習(xí)返回導(dǎo)讀下列有關(guān)敘述不正確的是(

)A.硅在自然界中主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在B.高純硅是制造芯片及硅太陽(yáng)能電池的常用材料C.單質(zhì)硅既不能與酸反應(yīng)也不能與堿反應(yīng)D.工業(yè)上制備高純硅的流程一般為石英砂→粗硅→三氯硅烷→高純硅解析：硅是親氧元素，在自然界中無(wú)游離態(tài)，主要以硅酸鹽和氧化物(如水晶、瑪瑙)的形式存在,故A正確；硅位于第三周期ⅣA族，其化學(xué)性質(zhì)不活潑,但能和氫氧化鈉溶液、氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，故C不正確。C練能力提升練習(xí)返回導(dǎo)讀3.材料與生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，目前使用的材料主要有：金屬材料、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等。（2）玻璃是重要的建筑和裝飾材料，玻璃屬于

(填“純凈物”或“混合物”)。有些玻璃的花紋是利用氫氟酸對(duì)普通玻璃中的二氧化硅的腐蝕作用而制成的，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

。（3）氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1300℃反應(yīng)獲得氮化硅，該反應(yīng)屬于化學(xué)反應(yīng)基本類型中的

反應(yīng)；已知氮化硅中硅元素的化合價(jià)為+4價(jià)，則氮化硅的化學(xué)式為

。混合物