第五章第3節(jié)無機非金屬材料課件 2023-2024學年高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬第3節(jié)無機非金屬材料思考與交流：

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機非金屬材料等。從組成上看，許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。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領域必需的材料。一、材料按照化學組成和特性分類無機非金屬材料金屬材料高分子材料：傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料塑料、合成橡膠、合成纖維陶瓷，玻璃，水泥硅和SiO2，新型陶瓷，碳納米材料硅酸鹽材料（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陶瓷玻璃水泥用鹽的化學式表示，如Na2SiO3用氧化物形式表示，如Na2O?SiO2原則：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O注意事項：①元素化合價不變、原子比例不變②計量數(shù)以整數(shù)書寫③多種金屬同時存在，活潑的寫在前面

Al2O3·2SiO2·2H2O練習：

長石（KAlSi3O8）、高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]

用氧化物的形式來表示硅酸鹽的組成，但硅酸鹽不是由氧化物組成的，是純凈物，屬于鹽類硅酸鹽的結構教材—【資料卡片】在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體。每個Si結合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結合。硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩(wěn)定、耐腐蝕等特點。一、硅酸鹽材料1、傳統(tǒng)無機非金屬材料陶瓷原料歷史應用黏土(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反應條件高溫燒結瓷都二.傳統(tǒng)無機非金屬材料玻璃原料：工業(yè)設備：應用：純堿、石灰石和石英砂玻璃窯主要成分：生產(chǎn)建筑材料、光學儀器、各種器皿，制造玻璃纖維用于高強度復合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反應條件：高溫熔融反應方程式：SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑這兩個反應都是固體物質在高溫下發(fā)生的，與酸性無關，不能通過這兩個反應得出“酸性：H2SiO3>H2CO3”教材——【資料卡片】金屬氧化物可以使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色加入元素或物質

玻璃特性

用途含鉛原料光學玻璃:透光性好,折射率高制造眼鏡、照相機和光學儀器的透鏡硼酸鹽耐化學腐蝕、耐溫度急劇變化制造可用于實驗室使用的玻璃儀器金屬氧化物或鹽彩色玻璃用于建筑和裝飾特種玻璃

（Co2O3、CuO）水泥原料工業(yè)設備黏土和石灰石水泥回轉窯混凝土水泥、沙子和碎石等與水混合石膏的作用條件高溫煅燒調節(jié)水泥硬化速率一、硅酸鹽材料2、傳統(tǒng)無機非金屬材料1.硅和二氧化硅(1)硅元素的存在與結構存在原子結構示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第___位___________________

______________二氧化物和硅酸鹽第三周期、第ⅣA族二、新型無機非金屬材料硅酸鹽礦石水晶（SiO2）瑪瑙（SiO2）(2)晶體硅的結構與物理性質結構類似于金剛石，帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高、硬度大、有脆性，導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料，高純度硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域。拓展：金剛石和晶體硅的結構相似。在晶體中，每個碳硅原子都以共價鍵與相鄰4個碳（硅）原子結合，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都很高，硬度也很大。教材-22頁【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，可以將粗硅轉化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。（3）高純硅的制備SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000

℃Si+3HCl=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃集成電路、芯片的基礎材料、半導體材料、硅太陽能電池、光伏電站（光能直接轉換為電能）、制合金硅鋼等(3)硅的應用2.新型陶瓷碳原子和硅原子通過共價鍵連接結構：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構材料耐高溫半導體材料一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應嚴酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等。高溫結構陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學、熱學、電學、磁學等方面有很多新的特性和功能。主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實現(xiàn)機械能與電能的相互轉化，可用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等。壓電陶瓷主要有氧化鋁、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。在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導性，用于電力、交通、醫(yī)療等領域。透明陶瓷超導陶瓷2.新型陶瓷3.碳納米材料

碳納米材料是近年來人們十分關注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領域有著廣闊的應用前景?！焕障?.碳納米材料

富勒烯是由碳原子構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)為納米科學提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應用的新時代。——碳納米管3.碳納米材料

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，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能，可用于生產(chǎn)復合材料、電池和傳感器等。——石墨烯3.碳納米材料

石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入。加熱Si+O2==SiO2加熱Si+Cl2==SiCl4高溫Si+C==SiC(金剛砂)1.硅的化學性質①穩(wěn)定性：常溫下三反應②還原性：加熱(高溫)三反應Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+4HF==SiF4↑+2H2↑(與唯一酸反應)在常溫下只能與氟氣(F2)、HF、氫氧化鈉反應，加熱時能與氧氣、氯氣反應。三、

硅及其化合物的相互轉化2.二氧化硅

⑴存在形式硅藻土石英、水晶、瑪瑙、沙子結晶形：無定形：統(tǒng)稱硅石空間構型：硅氧四面體（空間網(wǎng)狀）熔沸點高、硬度大、不溶于水⑵物理性質SiO2是二氧化硅的化學式(表示組成)而不是分子式，沒有SiO2分子，它是原子晶體Si原子和O原子比例=1：4×12=1:2保存NaOH溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O埋在地下的光導纖維常因土壤成堿性而斷路SiO2既能與HF酸反應又能和NaOH反應，所以它是兩性氧化物？SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O（3）SiO2的化學性質不是，因為生成的SiF4不屬于鹽SiO2+CaO=CaSiO3only氫氟酸能腐蝕玻璃II.高溫條件與碳酸鹽：SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2工業(yè)制玻璃（4）二氧化硅的用途二氧化硅可用來生產(chǎn)光導纖維。光導纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光學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水晶用來制造電子工業(yè)中的重要部件。石英坩堝建筑材料3、Na2SiO3的化學性質Na2SiO3與酸(鹽酸、碳酸)反應生成硅酸Na2SiO3水溶液俗稱：水玻璃相對穩(wěn)定、不能燃燒、不易被腐蝕用途：制備硅膠、木材防火劑、肥皂填充劑、黏膠劑特性：水溶液有黏性Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(膠體)＋Na2CO3H2SiO3濃度大小不同，形成硅酸膠體的種類不同；硅酸膠體最終凝聚成為硅酸沉淀

(1)硅酸的化學性質①弱酸性：a．比碳酸還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑變色。不能與水反應生成硅酸Si

SiO2H2SiO3

Na2SiO3②不穩(wěn)定性1.下列關于二氧化硅的敘述正確的是（）A．SiO2能與水反應生成硅酸

B．SiO2與CO2的結構相同

C．SiO2用于太陽能電池

D．SiO2與氫氧化鈉反應生成的鹽儲存在帶橡膠塞的試劑瓶中D知識鞏固【課堂練習】2.下列關于硅酸的說法正確的是（）A．硅酸可以通過SiO2和水化合反應直接制得

B．可用反應Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸

C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應

D．干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉B【課堂練習】3.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實驗事實是（）A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水

B．CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C．高溫下SiO2與碳酸鹽反應生成CO2

D．CO2是氣體，而SiO2是固體B【課堂練習】4.材料與生活、生產(chǎn)息息相關，目前使用的材料主要有：金屬材料、傳統(tǒng)無機非金屬材料、新型無機非金屬材料、高分子材料、復合材料等。（1）硅酸鹽材料是重要的傳統(tǒng)無機非金尾材料，也是日常生活、交通工具、建筑行業(yè)等不可缺少的材料之一。下列不屬于硅酸鹽產(chǎn)品的是

(填寫序號)①光導纖維②水泥③玻璃④陶瓷（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普通玻璃中的二氧化硅的腐蝕作用而制成的，寫出