【高中化學(xué)】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)

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5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料

新型無(wú)機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，常見(jiàn)類(lèi)型有兩種。

高純度的含硅元素的材料：如單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料。

一些含碳、氮元素的物質(zhì)。如碳化硅、氮化硅等，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。新型無(wú)機(jī)非金屬材料硅元素含量?jī)H此于氧，位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。單質(zhì)硅是灰黑色具有金屬光澤的固體。Si+14842主要形成四價(jià)的化合物一、硅【思考】硅的結(jié)構(gòu)（原子結(jié)構(gòu)示意圖、元素周期表位置），

推測(cè)硅及其化合物對(duì)應(yīng)的性質(zhì)？Si

SiO2H2SiO3Na2SiO3CCO2H2CO3Na2CO3第三周期、第ⅣA族1、

硅元素的存在

Si是一種親氧元素，在自然界中它總是與氧相互化合的，因此Si都以“化合態(tài)”存在于自然界，巖石、沙子、土壤，約占地殼總量的90%以上。一、硅-------氧化物、硅酸鹽C—統(tǒng)治有機(jī)界：碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素。Si—統(tǒng)治無(wú)機(jī)礦物界：硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。

硅元素含量在地殼中居第二位。2、晶體硅的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)

結(jié)構(gòu)類(lèi)似于金剛石，帶有金屬光澤的灰黑色固體，晶體硅為原子晶體，熔點(diǎn)高、硬度大、有脆性，導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，高純度硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。金剛石和晶體硅的結(jié)構(gòu)相似。在晶體中，每個(gè)碳硅原子都以共價(jià)鍵與相鄰4個(gè)碳（硅）原子結(jié)合，形成正四面體的立體網(wǎng)狀。所以，金剛石和晶體硅的熔沸點(diǎn)都很高，硬度也很大。Si原子加熱Si+O2==SiO2加熱Si+Cl2==SiCl4（常溫下為液體）高溫Si+C==SiC(金剛砂)①常溫下三反應(yīng)②還原性：加熱(高溫)三反應(yīng)Si+2F2=SiF4↑

Si+2NaOH+H2O=

Na2SiO3+2H2↑Si+4HF=SiF4↑+2H2↑在常溫下只能與氟氣(F2)、HF、氫氧化鈉反應(yīng)，加熱時(shí)能與O2

、Cl2反應(yīng)。3、硅的化學(xué)性質(zhì)一、硅①良好的半導(dǎo)體材料；

②太陽(yáng)能電池；

③計(jì)算機(jī)芯片4、硅的用途教材P22教材-22頁(yè)【資料卡片】

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)H2還原得到高純硅。SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000

℃Si+3HCl=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃如何制備高純度的硅？

粗硅在高溫下跟氯氣反應(yīng)生成一種液體物質(zhì)，經(jīng)蒸餾提純后，再用氫氣還原制得純硅。

目前提得最純的元素是半導(dǎo)體材料硅。其純度已達(dá)到12個(gè)“9”，即99.9999999999%。

雜質(zhì)含量不超過(guò)一千萬(wàn)億分之一。思考與討論

光導(dǎo)纖維被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它使信息高速公路在全球迅猛發(fā)展。光導(dǎo)纖維的主要成分是什么？堿性環(huán)境下，光導(dǎo)纖維為什么會(huì)失去傳播信號(hào)的能力？SiO2二、二氧化硅1、存在形態(tài)天然的SiO2

結(jié)晶形（石英晶體）無(wú)定形——硅藻土水晶瑪瑙天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅。石英、水晶的主要成分都是SiO2瑪瑙水晶硅藻土二、二氧化硅SiO2

(硅石）物質(zhì)SiO2CO2狀態(tài)（常溫）氣體熔點(diǎn)-56.6℃沸點(diǎn)-78.5℃水溶性1：1硬度固體1610℃2230℃難溶大高高思考：為什么SiO2和CO2的物理性質(zhì)差異很大？2、物理性質(zhì)二、二氧化硅SiO2

二氧化硅的結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子晶體

每1個(gè)Si原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)O原子，同時(shí)每1個(gè)O原子周?chē)Y(jié)合2個(gè)Si原子相結(jié)合，所以SiO2晶體是以1:2的比例組成正四面體的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。SiO

決定了SiO2具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)共價(jià)晶體SiO2表示二氧化硅的組成（化學(xué)式）二、二氧化硅SiO2

正四面體的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)硬度大，熔點(diǎn)高，難溶于水化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系二、二氧化硅SiO2

SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O③與HF反應(yīng)——唯一能與SiO2反應(yīng)的酸刻蝕玻璃①酸性氧化物②弱氧化性與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O====Na2SiO3高溫與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫工業(yè)生產(chǎn)玻璃原理裝NaOH溶液的試劑瓶是什么樣子的呢？SiO2+2C=====Si+2CO↑高溫工業(yè)制粗硅裝堿性溶液的試劑瓶用橡膠塞3、SiO2

的化學(xué)性質(zhì)用氫氟酸“刻”出的玻璃工藝品思考與討論

光導(dǎo)纖維被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，它使信息高速公路在全球迅猛發(fā)展。光導(dǎo)纖維的主要成分是什么？堿性環(huán)境下，光導(dǎo)纖維為什么會(huì)失去傳播信號(hào)的能力？SiO21、堿性環(huán)境下，光導(dǎo)纖維為什么會(huì)失去傳播信號(hào)的能力？用離子方程式表示。SiO2+2OH-=SiO32-

+H2O3、SiO2既能與HF酸反應(yīng)又能和NaOH反應(yīng)，所以它是兩性氧化物？4、用什么試劑可以除去SiO2中混有的CaO雜質(zhì)？鹽酸深度思考2、能否用玻璃試劑瓶盛氫氟酸，為什么？應(yīng)用什么瓶盛放？不能。因?yàn)椴Ａ恐泻械腟iO2會(huì)與HF反應(yīng),最好用特制的塑料瓶。5、根據(jù)

，

能否說(shuō)明碳酸的酸性比硅酸弱？SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑否6、根據(jù)SiO2+2C=====Si+2CO↑，能否說(shuō)明C的非金屬性強(qiáng)與Si高溫否不是（1）建筑材料（2）制作首飾與工藝品（水晶、瑪瑙、瓷器）（3）制作光學(xué)儀器（石英玻璃、石英坩堝）（4）生成光導(dǎo)纖維4、SiO2

的用途建筑材料瑪瑙飾品水晶飾品石英坩堝光導(dǎo)纖維光學(xué)纖維胃鏡精美瓷器教材P23將過(guò)量的CO2分別通入：①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④C．①②③

D．②③B

課堂練習(xí)

與傳統(tǒng)陶瓷相比，新型陶瓷在成分上有很大的變化，不再局限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，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。三、新型陶瓷P23新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(SiC、Si3N4)壓電陶瓷透明陶瓷超導(dǎo)陶瓷常見(jiàn)新型陶瓷及其用途(連線)

課堂練習(xí)世界上最小的車(chē)是什么車(chē)？既不是各大汽車(chē)廠商的迷你系列轎車(chē)，也不是孩子們的玩具模型，而是由荷蘭格羅寧根大學(xué)有機(jī)化學(xué)教授本·費(fèi)林加研制的納米車(chē)。它的輪軸能像汽車(chē)的輪軸一樣平滑旋轉(zhuǎn)，而輪軸末端是4個(gè)“巴基球”做成的輪子?！鞍突颉笔怯?0個(gè)碳原子構(gòu)成的納米級(jí)球狀分子，具有很多新奇的特性，在納米技術(shù)研究中很受科學(xué)家重視。納米車(chē)的輪子可滾動(dòng)電子顯微鏡下觀察到的納米汽車(chē)富勒烯的代表物C60碳納米管石墨烯四、納米材料P23C60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(kāi)啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代。四