5.3無機非金屬材料課件高一下學(xué)期化學(xué)人教版

無機非金屬材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)

第一課時

無機非金屬材料閱讀課本P19頁第一自然段了解無機非金屬材料的組成、性能、分類、用途無機非金屬材料組成元素：硅、氧等元素性能：耐高溫、抗腐蝕、硬度高。特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能應(yīng)用：日常生活應(yīng)用航空航天領(lǐng)域信息領(lǐng)域新能源領(lǐng)域分類傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料(玻璃、陶瓷、水泥)(硅太陽能電池)

在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了

，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(jié)合。其結(jié)構(gòu)如右圖所示。一.硅酸鹽材料硅氧四面體由硅元素、氧元素和金屬元素組成的化合物。

硅氧四面體結(jié)構(gòu)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點。3．性質(zhì)2．結(jié)構(gòu)1．概念：一.硅酸鹽材料知識拓展--硅酸鹽的表示方法硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用金屬氧化物和二氧化硅的形式表示它們的組成，如：書寫順序：活潑金屬氧化物--較活潑金屬氧化物---二氧化硅--水硅酸鈉（Na2SiO3）→Na2O·SiO2高嶺石（Al2H4Si2O9）→Al2O3·2SiO2·2H2O鉀云母（K2H4Al6Si6O24）→K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O二.傳統(tǒng)無機非金屬材料（多為硅酸鹽材料）——陶瓷、玻璃、水泥產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分用途陶瓷——玻璃(普通)水泥黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)純堿、石灰石、石英砂黏土和石灰石以及其他輔料石膏玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2硅酸鹽硅酸鹽建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、高強度復(fù)合材料等建筑和水利工程二.傳統(tǒng)無機非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料,經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化而制得。你能寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑思考與交流：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

典例1．

九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽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C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽課堂練習(xí)【解析】陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項錯誤；純堿、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B項錯誤；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。C三.新型無機非金屬材料

在自然界只以化合物形式存在，如：硅酸鹽及氧化物的形式存在，在地殼中含量排第二。

水晶（SiO2）硅酸鹽礦石1、硅（1)存在及含量三.新型無機非金屬材料1、硅（2）物理性質(zhì)灰黑色、有金屬光澤、固體；熔沸點高、硬度大;導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間（半導(dǎo)體）思考：能導(dǎo)電或有金屬光澤的單質(zhì)一定是金屬嗎？不一定，如：硅三.新型無機非金屬材料1、硅（3）化學(xué)性質(zhì)在常溫下只能與氟氣(F2)、HF、氫氧化鈉反應(yīng)；加熱時能與氧氣、氯氣反應(yīng)①穩(wěn)定性：常溫下三反應(yīng)Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+4HF==SiF4↑+2H2↑(與唯一酸反應(yīng))②還原性：加熱(高溫)四反應(yīng)加熱

Si+2Cl2==SiCl4加熱Si+O2==SiO2高溫Si+C==SiC(俗稱：金剛砂)高溫3Si+2N2

==Si3N4(高溫陶瓷)正四面體結(jié)構(gòu)化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定三.新型無機非金屬材料1、硅（4）用途

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，可以制成計算機、通信設(shè)備和家用電器等的芯片，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等的硅太陽能電池。硅太陽能電池硅芯片三.新型無機非金屬材料1、硅（5）高純硅的制備1100oC石英砂粗硅SiHCl3(粗)焦炭高溫HCl300oC高純硅H2根據(jù)流程圖寫出涉及的主要化學(xué)反應(yīng)（三部曲）①SiO2+2C

Si(粗)+2CO↑②Si(粗)+3HCl===SiHCl3(三氯硅烷)+H2300oC③SiHCl3+H2

===Si(純)+3HCl1100oC從沙灘到用戶三.新型無機非金屬材料1、硅思考與交流：工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅？

不能說明，因為比較氧化性、還原性的強弱，必須是在通常的情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的SiO2+2C

Si(粗)+2CO↑三.新型無機非金屬材料2、二氧化硅

立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Si原子和O原子比例1:2，通常用SiO2來表示二氧化硅的組成。

（2）物理性質(zhì)SiO2是不溶于水的固體，熔、沸點高，硬度大。（1）結(jié)構(gòu)三.新型無機非金屬材料2、二氧化硅（3）化學(xué)性質(zhì)分類——酸性氧化物價態(tài)——最高價(氧化性)特性——與氫氟酸反應(yīng)SiO2SiO2＋2C===Si+2CO↑高溫SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OSiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaO==CaSiO3高溫SiO2+Na2CO3

==Na2SiO3+CO2↑高溫（4）用途光導(dǎo)纖維石英坩堝三.新型無機非金屬材料2、二氧化硅1.實驗室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用磨口玻璃塞？Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強、耐高溫等特性，可以用作黏合劑和防火劑。思考與交流：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O2.實驗室如何以SiO2為原料制備硅酸(H2SiO3)

？SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2ONa2SiO3＋H2O+CO2=

H2SiO3↓＋Na2CO3

典例2．有些科學(xué)家提出硅是“21世紀的能源”，下列關(guān)于硅及其化合物的說法正確的是()A．SiO2是一種酸性氧化物，所以不和任何酸反應(yīng)B．高溫下，工業(yè)制硅的反應(yīng)方程式為C+SiO2

Si+CO2C．光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2D．太陽能發(fā)電板的主要材料是SiO2課堂練習(xí)【解析】A.SiO2是一種酸性氧化物，能和氫氟酸反應(yīng)，A錯誤；B.高溫下，工業(yè)制硅的反應(yīng)方程式為2C+SiO2

Si+2CO，B錯誤；C.光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，C正確；D.太陽能發(fā)電板的主要材料是Si。C三.新型無機非金屬材料3、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，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類型組成性能用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷碳化硅（金剛砂）、氮化硅或某些金屬氧化物耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等火箭或汽車的發(fā)動

機、高溫電極材料壓電陶瓷鈦酸鹽和鋯酸鹽等實現(xiàn)機械能與電能的相互轉(zhuǎn)化濾波器、揚聲器、超聲波探傷器、點火器等透明陶瓷氧化鋁、氧化釔或氮化鋁、氟化鈣具有優(yōu)異的光學(xué)性能,耐高溫,絕緣性好高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導(dǎo)陶瓷—在某一臨界溫度下電阻為零,具有超導(dǎo)性電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域三.新型無機非金屬材料4、碳納米材料(1)富勒烯是由

構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是

。(2)碳納米管是由

卷成的管狀物，具有

尺度的直徑。比表面積大，具有高強度和優(yōu)良的電學(xué)性能。(3)石墨烯是只有一個

直徑厚度的單層石墨，其獨特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強度。碳原子C60石墨片層納米碳原子注：碳納米材料(富勒烯、石墨烯等)、金剛石、石墨都是碳的同素異形體，它們具有不同的結(jié)構(gòu)(碳原子排列方式不同)和性質(zhì)。

碳納米材料是近年來人們十分關(guān)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