【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(cè)

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

課時(shí)1無機(jī)非金屬材料課堂導(dǎo)入課堂導(dǎo)入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。課堂學(xué)習(xí)硅酸鹽材料我們之前學(xué)習(xí)過金屬材料和有機(jī)高分子材料，今天將要學(xué)習(xí)無機(jī)非金屬材料，那么材料可以如何分類呢？課堂學(xué)習(xí)硅酸鹽材料傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，在日常生活中隨處可見，如制作餐具的陶瓷、窗戶上的玻璃、建筑用的水泥等。組成元素常見分類主要性能重要用途硅、氧等傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料耐高溫抗腐蝕硬度高特殊的光學(xué)電學(xué)等性能日常生活應(yīng)用航空航天領(lǐng)域新能源領(lǐng)域信息領(lǐng)域硅酸鹽材料：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。性質(zhì)：硬度高，大多數(shù)難溶于水(鉀鈉氨可溶)，耐高溫、耐腐蝕。結(jié)構(gòu)：在硅酸鹽中硅原子和氧原子構(gòu)成了硅氧四面體，四面體通過頂角的氧彼此相連，每個(gè)氧原子為兩個(gè)四面體所共有。課堂學(xué)習(xí)硅酸鹽材料硅酸鹽的表示方法：簡(jiǎn)單硅酸鹽一般直接用化學(xué)式表示，如Na2SiO3、CaSiO3；復(fù)雜硅酸鹽一般用金屬氧化物和二氧化硅的組合形式表示，例如長(zhǎng)石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。改寫方法書寫形式氧化物順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，氧化物之間用“·”隔開實(shí)際例子鈉長(zhǎng)石(NaAlSi3O8)不能寫成1/2Na2O·1/2Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2化學(xué)計(jì)量數(shù)配置原則：各元素原子總個(gè)數(shù)比值符合原來的組成，若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。課堂學(xué)習(xí)硅酸鹽材料常見的硅酸鹽材料分為三類：陶瓷、普通玻璃、普通水泥。陶瓷：原料——黏土；玻璃：原料——純堿、石灰石和石英砂；水泥：原料——黏土和石灰石，加適量石膏。陶瓷：Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2；水泥：硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)。課堂學(xué)習(xí)材料原料設(shè)備主要成分性能應(yīng)用陶瓷粘土陶瓷窯含水的鋁硅酸鹽陶瓷具有抗氧化抗酸堿腐蝕耐高溫絕緣易成型等生產(chǎn)建筑材料絕緣材料日用器皿衛(wèi)生潔具等普通水泥石灰石粘土石膏水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸鹽水硬性硬化后穩(wěn)定不能抗酸的腐蝕(成分有碳酸鹽)

石膏作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速率一種非常重要的建筑材料大量用于建筑和水利工程硅酸鹽材料材料原料設(shè)備主要成分性能應(yīng)用陶瓷普通水泥課堂學(xué)習(xí)玻璃的生產(chǎn)原理能否用來比較硅酸和碳酸的酸性強(qiáng)弱，若不能，應(yīng)該如何比較？材料原料設(shè)備主要成分性能應(yīng)用玻璃純堿石灰石石英砂玻璃窯硅酸鈉硅酸鈣二氧化硅透光性好、硬度大、無固定熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料硅酸鹽材料無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)都需要發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，陶瓷和水泥的生產(chǎn)原理相對(duì)復(fù)雜，并不要求掌握，玻璃的生產(chǎn)過程如下：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑課堂學(xué)習(xí)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。其中有一些是高純度的含硅材料，如單晶硅、二氧化硅等，具備特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料；還有一些含有C、N等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。新型無機(jī)非金屬材料硅是一種親氧元素，在自然界中只以化合態(tài)(二氧化硅和硅酸鹽)存在。硅的含量豐富，廣泛存在于巖石、沙子和土壤中，地殼中含量占第二位。硅單質(zhì)有晶體硅和無定形硅，物理性質(zhì)：灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體；熔、沸點(diǎn)高、硬度大；晶體硅是良好的半導(dǎo)體。課堂學(xué)習(xí)Si位于第三周期、第IVA族，處于金屬與非金屬的過渡位置，因此導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料，硅也是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料。新型無機(jī)非金屬材料根據(jù)硅的位置與結(jié)構(gòu)可以推測(cè)其化學(xué)性質(zhì)并不活潑，常溫下，除氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿外不跟其他物質(zhì)(如O2、Cl2、硫酸)等反應(yīng)，但在加熱條件下，能跟一些非金屬反應(yīng)。高純硅的制備流程如下：制備原理：SiO2+2C=Si+2CO↑Si+3HCl=SiHCl3+H2(Si+2Cl2=SiCl4)SiHCl3+H2=Si+3HCl(SiCl4+2H2=Si+4HCl)制備粗硅時(shí)若C過量，則生成SiC(金剛砂)。課堂學(xué)習(xí)新型無機(jī)非金屬材料碳和硅的原子結(jié)構(gòu)相似，而SiO2和CO2的結(jié)構(gòu)卻有很大不同，所以二者的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都有較大差異。SiO2和CO2的物理性質(zhì)差異很大的原因：SiO2是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在SiO2分子，而CO2是由C、O原子結(jié)合成的分子，微粒間的作用力遠(yuǎn)小于SiO2。SiO2和CO2都屬于酸性氧化物，但SiO2與水、一般的酸不反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng)，能與堿、堿性氧化物反應(yīng)，高溫下，SiO2能與部分鹽反應(yīng)，如Na2CO3、CaCO3。Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑課堂學(xué)習(xí)新型無機(jī)非金屬材料物質(zhì)二氧化硅二氧化碳存在巖石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空氣，燃料的燃燒產(chǎn)物物理性質(zhì)白色或無色固體，難溶于水，熔、沸點(diǎn)高，硬度大無色無味氣體，密度比空氣大，微溶于水化學(xué)性質(zhì)

①與水-CO2+H2O?H2CO3②與酸只與氫氟酸反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O-③與堿液(NaOH)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(盛堿液的試劑瓶用橡皮塞)CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或CO2+NaOH=NaHCO3④與堿性氧化物如CaO：SiO2+CaO=CaSiO3如Na2O：CO2+Na2O=Na2CO3⑤與碳SiO2+2C=Si+2CO↑CO2+C=2CO用途制飾品、坩堝、光導(dǎo)纖維干冰用于人工降雨課堂學(xué)習(xí)總的來說，二氧化硅具有以下性質(zhì)，那么你是否能解釋為什么實(shí)驗(yàn)室不用玻璃塞盛裝NaOH溶液和氫氟酸？新型無機(jī)非金屬材料NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3：SiO2

+2NaOH=Na2SiO3

+H2O，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開，因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。而氫氟酸會(huì)直接與SiO2反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，因此也不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸。Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，可以用作黏合劑和防火劑。課堂學(xué)習(xí)新型無機(jī)非金屬材料新型陶瓷成分性能主要應(yīng)用金剛砂碳化硅(SiC)

硬度大、耐高溫、抗氧化磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷碳化硅、氮化硅等耐高溫、抗氧化、耐腐蝕用于火箭發(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(實(shí)現(xiàn)電能合機(jī)械能互變)

鈦酸鹽、鋯酸鹽等能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)化用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等透明陶瓷氧化鋁、氧化釔等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

用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測(cè)窗等超導(dǎo)陶瓷(低溫具有超強(qiáng)導(dǎo)電性)-臨界溫度下具有超導(dǎo)性用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域課堂學(xué)習(xí)新型無機(jī)非金屬材料碳納米材料概念性能主要應(yīng)用富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，其中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，開啟了碳納米材料的研究和應(yīng)用的新時(shí)代，如用C60作車輪的“納米汽車”。碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度在光電器件、超級(jí)電容器、電池、復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入課堂鞏固正誤判斷1.晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，故可作為半導(dǎo)體材料。4.硅酸鈉溶液中通入CO2產(chǎn)生沉淀，故非金屬性C>Si。2.二氧化硅可以和酸、堿反應(yīng)，故屬于兩性氧化物。3.雖然二氧化硅不能與水反應(yīng)，但其仍是硅酸的酸酐?！痢痢獭琳n堂鞏固下列關(guān)于日?，F(xiàn)象與生活常識(shí)的解釋中錯(cuò)誤的是()A．鹵水點(diǎn)豆腐、傷口上涂抹氯化鐵溶液止血均利用了膠體的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均為硅酸鹽制品，屬于無機(jī)非金屬材料C．鋁合金不易發(fā)生銹蝕是因?yàn)殇X在常溫下不與空氣中的氧氣反應(yīng)D．一氧化碳難溶于水，在火