【課件】無機(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

第三節(jié)

無機(jī)非金屬材料材料按照化學(xué)組成和特性來分無機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料：傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料塑料、合成橡膠、合成纖維合金

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)和社會發(fā)展對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。教材P19位置

第三周期、第ⅣA族結(jié)構(gòu)

存在Si是一種親氧元素，自然界主要以硅酸鹽和氧化物存在Si一般通過共用電子對與其他原子相互結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)一、硅酸鹽材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料（一）硅酸鹽：由Si、O、金屬（鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等）等元素組成的化合物的總稱。x金屬氧化物?ySiO2?zH2O注意事項(xiàng)：①元素化合價(jià)不變

②原子比例不變

③多種金屬同時(shí)存在，活潑的寫在前面Na2SiO3KAlSi3O8CaMg3Si4O12Al2(Si2O5)(OH)4Na2OSiO2

·CaO34

MgO·SiO2

·6SiO2

·Al2O3K2O·Al2O3·2SiO2·2H2O教材P19(1)物理性質(zhì)：Na2SiO3是白色固體，具有黏合性，可溶于水。制備硅膠和木材防火劑等的原料。Na2SiO3水溶液俗稱：水玻璃Na2SiO3

（二）最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3水玻璃可保存于玻璃瓶中，但不能使用玻璃塞，要用橡膠塞。

(3)化學(xué)性質(zhì)：水溶液顯堿性，能與鹽酸、CO2等反應(yīng)。Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓

+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3硅酸鈉要密封保存

（二）最簡單的硅酸鹽——Na2SiO3(2)用途：防火劑、黏膠劑

2.下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述不正確的是A.水玻璃是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕B.在建筑工業(yè)上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料C.木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒D.水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)√

隨堂演練

藍(lán)本P33(2)作場館建筑材料黏合劑和防火劑的硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽。①硅酸鈉在空氣中易與二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式：___________________________________。由此得出酸性：H2SiO3___(填“＞”或“＜”)H2CO3。②硅酸鈉和鹽酸反應(yīng)的離子方程式：_____________________。＜應(yīng)用體驗(yàn)

藍(lán)本P31(3)博物館陳列著大量明清磚瓦和精美瓷器(婺州窯)，婺州窯瓷器胎體的原料為高嶺土[AlnSi2O5(OH)4]。下列說法正確的是______(填字母)。A.古代的陶瓷、磚瓦都是硅酸鹽產(chǎn)品B.高嶺土為含水的鋁硅酸鹽C.n＝3D.我國在新石器時(shí)代已能燒制陶器ABD（三）傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料陶瓷水泥硅酸鹽材料玻璃Na2SiO3、CaSiO3、SiO2硅酸鹽硅酸鹽陶瓷原料：歷史：應(yīng)用：黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽Al2O3·2SiO2·2H2O）青花瓷、唐三彩生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等反應(yīng)條件：高溫?zé)Y(jié)1．陶瓷新石器時(shí)代就能燒制唐宋時(shí)期達(dá)到鼎盛：主要性質(zhì)：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型1.陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯(cuò)誤的是A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成C.陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D.陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點(diǎn)√

隨堂演練

藍(lán)本P33玻璃原料：工業(yè)設(shè)備：應(yīng)用：純堿、石灰石、石英砂（主要成分SiO2）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)合材料等反應(yīng)條件：高溫熔融反應(yīng)方程式：SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3

CaSiO3＋CO2↑Na2SiO3、CaSiO3、SiO22．玻璃2．玻璃教材P20加入元素或物質(zhì)

玻璃特性

用途含鉛原料

光學(xué)玻璃：透光性好，

折射率高

制造眼鏡、照相機(jī)和光學(xué)

儀器的透鏡硼酸鹽

耐化學(xué)腐蝕、耐溫度

急劇變化

制造可用于實(shí)驗(yàn)室使用的

玻璃儀器金屬氧化物或鹽（Co2O3、CuO）

彩色玻璃

用于建筑和裝飾水泥原料：工業(yè)設(shè)備：黏土、石灰石、（石膏）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3．水泥應(yīng)用體驗(yàn)1.(2022·濟(jì)南高一月考)“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是A.玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C.硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽√藍(lán)本P31(1)硅酸鹽結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，大多難溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(

)(2)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價(jià)鍵結(jié)合()(3)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土()(4)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行()(5)玻璃和水泥生產(chǎn)中都發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化(

)正誤判斷√√√√√藍(lán)本P30二、新型無機(jī)非金屬材料

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型無機(jī)非金屬材料相繼問世。高純度的含硅元素的材料：單晶硅、二氧化硅等，具有特殊的電學(xué)和光學(xué)性能。含碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。二、新型無機(jī)非金屬材料（一）硅1、存在：硅元素含量在地殼中居第二位。硅是親氧元素，在自然界中沒有游離態(tài)，主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在。硅酸鹽礦石水晶（SiO2）瑪瑙（SiO2）①

硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。正好處于金屬與非金屬的過渡位置，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料2、硅的性質(zhì)②

單質(zhì)硅是灰黑色具有金屬光澤的固體；

熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水是應(yīng)用最為廣泛的_半導(dǎo)體_材料，因此晶體硅常用于制作集成電路板（硅芯片）和太陽能電池極板。2、硅的性質(zhì)①與氟氣反應(yīng)：②與氫氟酸反應(yīng)：③與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：Si+2F2===SiF4Si+4HF===SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑

（1）常溫下很穩(wěn)定，硅只與F2、氫氟酸（HF）、強(qiáng)堿反應(yīng)。（2）加熱時(shí)，能和O2、Cl2等非金屬單質(zhì)反應(yīng)

Si+2Cl2===SiCl4△

Si+O2===SiO2△Si+C===SiC高溫碳化硅(俗名：金剛砂)3、硅的工業(yè)制取高純硅的制備

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。教材P223、硅的工業(yè)制取SiO2＋2C=========Si＋2CO↑1800～2000℃Si＋3HCl

=====

SiHCl3＋H2↑300

℃SiHCl3＋H2

=====Si＋3HCl1100

℃（二）二氧化硅

1、存在形式硅藻土石英、水晶、瑪瑙、沙子結(jié)晶形：無定形：統(tǒng)稱硅石空間構(gòu)型：硅氧四面體（空間網(wǎng)狀）熔沸點(diǎn)高、硬度大、不溶于水2、物理性質(zhì)SiO2SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O3、化學(xué)性質(zhì)（1）與氫氟酸（HF）反應(yīng)——唯一能與SiO2反應(yīng)的酸用途：刻蝕玻璃（3）化學(xué)性質(zhì)（2）酸性氧化物SiO2＋2NaOH==Na2SiO3＋H2O①與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：在實(shí)驗(yàn)室盛放堿溶液時(shí)，試劑瓶不能用玻璃塞而用橡膠塞【判斷正誤】SiO2有既能與HF反應(yīng)又能與強(qiáng)堿（NaOH)反應(yīng)，

故SiO2是兩性氧化物。兩性氧化物指既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，但并不生成鹽和水。SiO2不屬于兩性氧化物。②與堿性氧化物SiO2＋CaO

===

CaSiO3高溫SiO2＋Na2O===Na2SiO3高溫（2）酸性氧化物【思考】SiO2屬于酸性氧化物，能否用SiO2與水直接反應(yīng)制取H2SiO3？由SiO2如何來制取H2SiO3？用化學(xué)方程式表示。③與碳酸鹽反應(yīng)SiO2＋Na2CO3===Na2SiO3＋CO2↑高溫SiO2＋CaCO3

===CaSiO3＋CO2↑高溫工業(yè)生產(chǎn)玻璃原理（4）SiO2用途：光導(dǎo)纖維、石英坩堝、建筑材料、電器部件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)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。【思考與交流】1、埋在地下的光導(dǎo)纖維常因土壤成堿性而斷路，為什么？

（用離子方程式解釋）SiO2＋2OH-＝SiO32-＋H2O2、如何除去SiO2中混有的CaO雜質(zhì)？HCl三、新型陶瓷和碳納米材料結(jié)構(gòu)陶瓷富勒烯（C60）、碳納米管、石墨烯（一）新型陶瓷碳原子和硅原子通過共價(jià)鍵連接結(jié)構(gòu)：性能砂紙和砂輪的磨料碳化硅陶瓷高溫抗氧化性能硬度大耐高溫結(jié)構(gòu)材料耐高溫半導(dǎo)體材料新型陶瓷在組成上不再限于傳統(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。SiC碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成主要有氧化鋁、氧化釔和氮化鋁、氟化鈣等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷透明陶瓷（一）新型陶瓷具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能?？捎糜诨鸺l(fā)動(dòng)機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等。具有優(yōu)異的光學(xué)性能。可用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等。主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等釔鋇銅氧，或稱釔鋇銅氧化物、YBCO，化學(xué)式為YBa2Cu3O7的化合物。壓電陶瓷超導(dǎo)陶瓷（一）新型陶瓷能實(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、超聲探傷器、點(diǎn)火器等。某一臨界溫度下電阻為0，具有超導(dǎo)性，可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。（二）碳納米材料

富勒烯