5.3+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)非金屬材料第一課時(shí)硅酸鹽材料

許多無(wú)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

材料是人類(lèi)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類(lèi)使用材料除了金屬材料，還有無(wú)機(jī)非金屬材料等。5.3.1硅酸鹽材料5.3.1硅酸鹽材料

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(wú)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。(如石墨烯、碳纖維等）5.3.1硅酸鹽材料材料分類(lèi)無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料：包含純金屬和合金有機(jī)高分子材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：如玻璃、陶瓷、水泥新型無(wú)機(jī)非金屬材料：如硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纖維等復(fù)合材料一、硅酸鹽的概念、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.概念及表示方法5.3.1硅酸鹽材料硅酸鹽硅酸鹽一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在于地殼、巖石中由金屬、硅、氧等元素形成的鹽①用鹽的化學(xué)式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O?SiO2、CaO?SiO2存在：概念：表示方法：一、硅酸鹽的概念、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.概念及表示方法5.3.1硅酸鹽材料①書(shū)寫(xiě)形式一般為：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O②元素化合價(jià)不變、原子比例不變③計(jì)量數(shù)以整數(shù)書(shū)寫(xiě)④多種金屬同時(shí)存在，活潑的寫(xiě)在前面【注意】

長(zhǎng)石（KAlSi3O8）、高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物的形式表示？

【思考】

Al2O3·2SiO2·2H2O

K2O·Al2O3·6SiO2一、硅酸鹽的概念、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2.結(jié)構(gòu)5.3.1硅酸鹽材料Si和

O構(gòu)成了硅氧四面體每個(gè)

Si結(jié)合

4個(gè)

O，

Si在中心，O在四面體的

4個(gè)頂角許多四面體通過(guò)頂角的O相互連接每個(gè)

O為兩個(gè)四面體所共有，與

2個(gè)

Si相結(jié)合大多硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等3.特點(diǎn)二、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸鹽材料二、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸鹽材料黏土

(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)高溫?zé)Y(jié)而成抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等主要原料反應(yīng)原理特

點(diǎn)應(yīng)

用1．陶瓷(人類(lèi)最早使用的硅酸鹽產(chǎn)品)二、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸鹽材料2．玻璃石英砂

(主要成分SiO2)、純堿、石灰石高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化制得Na2SiO3CaSiO3SiO2主要原料反應(yīng)原理主要成分二、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸鹽材料3．水泥黏土、石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化具有水硬性（與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬）水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程加適量石膏可調(diào)節(jié)水泥硬化速率主要原料反應(yīng)原理特

點(diǎn)應(yīng)

用三、最簡(jiǎn)單的硅酸鹽——硅酸鈉5.3.1硅酸鹽材料1．Na2SiO3白色固體，可溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性。2．用途：黏合劑，防火劑，制備硅膠。四、硅酸5.3.1硅酸鹽材料1.白色膠狀固體，不溶于水。2.弱酸性：酸性比碳酸弱。3.不穩(wěn)定性：受熱易分解，H2SiO3

SiO2+H2O4.制備（強(qiáng)酸制弱酸）：Na2SiO3+2HCl===2NaCl

+H2SiO3(膠體)Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3(膠體)+Na2CO3△硅酸聚合硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠（硅膠）5．用途5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料你能想象得出圖中的它們都是以硅或硅的化合物材料制成的嗎？除了以硅酸鹽為主要成分的傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料外，你還知道其他無(wú)機(jī)非金屬材料嗎？讓我們走進(jìn)教材一起學(xué)習(xí)新型無(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：

有一些是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。還有一些含碳、氮元素等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料一、硅1.存在形式硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。硅是一種親氧元素，在自然界中它總是與氧相互化合的，因此硅都以化合態(tài)存在于自然界，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料一、硅2.物理性質(zhì)帶有金屬光澤灰黑色固體硬度大、熔點(diǎn)高處于金屬與非金屬的過(guò)渡位置半導(dǎo)體材料5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料一、硅3.化學(xué)性質(zhì)（1）與非金屬單質(zhì)反應(yīng)a.與F2：Si+2F2

===SiF4；b.與Cl2：Si+2Cl2

SiCl4；c.與O2：Si+O2SiO2；d.與C：Si+CSiC（2）與酸、堿反應(yīng)a.與HF反應(yīng)：Si+4HF===SiF4↑

+2H2↑；b.與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料制備原理制備流程反應(yīng)方程式

一、硅4.硅的制備用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質(zhì)的粗硅，然后轉(zhuǎn)化為三氯硅烷，再經(jīng)氫氣還原。5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料一、硅5.晶體硅的用途集成電路晶體管Si導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料。硅太陽(yáng)能電池電腦中央處理器（CPU）【例2】下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是（

）A．硅是非金屬元素，但它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B．硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)D．當(dāng)加熱到一定程度時(shí)，硅能與氧氣、氫氣等非金屬反應(yīng)題型二：硅的性質(zhì)與用途C5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料你知道水晶、瑪瑙、沙子的主要成分是什么嗎？5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅價(jià)值5元的沙子SiO2Si價(jià)值5000元的芯片點(diǎn)沙成金從沙灘到用戶5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅1.

SiO2存在形式天然二氧化硅分為結(jié)晶形和無(wú)定形兩種，統(tǒng)稱硅石。二氧化硅石英硅藻土結(jié)晶形SiO2：無(wú)定形SiO2：水晶：無(wú)色透明（純凈的二氧化硅）瑪瑙：具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝?.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅（2）物理性質(zhì)：純凈的SiO2是無(wú)色透明的，其熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水，不導(dǎo)電（1）結(jié)構(gòu)：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(lái)表示二氧化硅的組成2.

SiO2的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅1.某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與堿反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，推斷SiO2為兩性氧化物是否正確?不正確。因?yàn)槎趸韪鷼浞岱磻?yīng)產(chǎn)物不是鹽和水，所以不屬于兩性氧化物，但是屬于酸性氧化物。思考與交流5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅3．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（1）酸性氧化物的通性①與NaOH反應(yīng)：_______________________________________；②與CaO反應(yīng)：SiO2+CaO

CaSiO3（2）弱氧化性（與碳反應(yīng)）（3）與某些鹽反應(yīng)（如制備玻璃）

SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅3．二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)（1）酸性氧化物的通性（2）弱氧化性（與碳反應(yīng)）（3）與某些鹽反應(yīng)（4）與HF反應(yīng)（特性）與HF反應(yīng)：_______________________________________________SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅2．實(shí)驗(yàn)室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結(jié)而無(wú)法打開(kāi)。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O思考與交流5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料二、二氧化硅5.

SiO2的用途光導(dǎo)纖維水晶、瑪瑙飾品耐高溫的化學(xué)儀器【例1】下列關(guān)于二氧化硅的說(shuō)法正確的是（

）A．二氧化硅是酸性氧化物，所以二氧化硅能溶于水生成硅酸B．將二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以得到硅酸C．因?yàn)楦邷貤l件下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)能放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)D．水晶是比較純凈的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸鹽B題型一：二氧化硅的性質(zhì)與用途【例2】下列關(guān)于二氧化硅的說(shuō)法中，正確的是（）A．二氧化硅是一種酸性氧化物，不與任何酸發(fā)生反應(yīng)B．二氧化硅分子中含有一個(gè)硅原子和兩個(gè)氧原子C．氫氟酸能雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶盛放氫氟酸D．二氧化硅既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與燒堿反應(yīng)，所以它是兩性氧化物C題型一：二氧化硅的性質(zhì)與用途5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料三、新型陶瓷1.新型陶瓷包括高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷和超導(dǎo)陶瓷等2.組成上不限于硅酸鹽，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。碳化硅（SiC），俗稱金剛砂硬度很大，可作砂紙、砂輪的磨料高溫抗氧化，使用溫度可達(dá)1600℃耐高溫的碳化硅陶瓷軸承5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料三、新型陶瓷①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)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(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和高溫電極材料等。②壓電陶瓷：主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，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、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等。③透明陶瓷：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(xué)性能，耐高溫，絕緣性好，可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測(cè)窗等。④超導(dǎo)陶瓷：在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。

資料卡片——新型陶瓷5.3.2新型無(wú)機(jī)非金屬材料四、碳納米材料

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(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，代表物C60C60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。5.3.2新型無(wú)機(jī)非金