5.3無機非金屬材料 課件 高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

第三節(jié)無機非金屬材料第1課時硅酸鹽材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素1.通過傳統(tǒng)硅酸鹽的用途和性質(zhì)，了解硅酸鹽的結(jié)構(gòu)微觀探析。2.通過對無機非金屬材料的了解，深刻認識化學(xué)對社會可持續(xù)發(fā)展的重要的作用，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任的化學(xué)核心素養(yǎng)。學(xué)習(xí)目標(biāo)材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用材料除了金屬材料，還有無機非金屬材料等。新課引入

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(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）新課引入了解冬奧會上的塑料新材料，總結(jié)材料有哪些類別，如何分類？一、材料的分類無機非金屬材料金屬材料：包含純金屬和合金有機高分子材料傳統(tǒng)無機非金屬材料：如玻璃、陶瓷、水泥新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纖維等復(fù)合材料【思考】無機非金屬材料由什么物質(zhì)組成？有什么性質(zhì)？材料二、硅酸鹽與硅酸存在：定義：表示方法：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?SiO21.硅酸鹽【注意】①書寫形式一般為：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O②元素化合價不變、原子比例不變③計量數(shù)以整數(shù)書寫④多種金屬同時存在，活潑的寫在前面【思考】長石(KAlSi3O8)、高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物的形式表示？

K2O?Al2O3?6SiO2Al2O3?2SiO2?2H2O二、硅酸鹽與硅酸(1).Si和O構(gòu)成了硅氧四面體；(2).每個Si結(jié)合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角，許多四面體通過頂角的O相互連接；(3).每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結(jié)合。大多硬度高、熔點高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等。有例外Na2SiO32.硅酸鹽結(jié)構(gòu)3.硅酸鹽性質(zhì)二、硅酸鹽與硅酸4.Na2SiO3——俗稱泡花堿(1).物理性質(zhì)白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，有很強的黏合性。(2).化學(xué)性質(zhì)與酸反應(yīng)：Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+2H2O+2CO2(過量)===2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少量)===Na2CO3+H2SiO3↓【思考】這些反應(yīng)的反應(yīng)類型是什么？遵循什么反應(yīng)原理？二、硅酸鹽與硅酸4.Na2SiO3——俗稱泡花堿(3).用途①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑5.

H2SiO3——高中化學(xué)唯一難溶性酸(1).物理性質(zhì)(2).化學(xué)性質(zhì)是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小。H2SiO3H2O+SiO2【思考】如何證明酸性鹽酸>碳酸>硅酸？ABCDA：Na2CO3/NaHCO3B:稀鹽酸C:飽和NaHCO3溶液D:Na2SiO3溶液二、硅酸鹽與硅酸二、硅酸鹽與硅酸5.

H2SiO3——高中化學(xué)唯一難溶性酸(3).用途硅酸聚合硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠“硅膠”三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料【思考】現(xiàn)在家居裝修以明亮，簡潔，實用的風(fēng)格為主流，大家能判斷都用到哪些材料以及它們的類別嗎？

玻璃傳統(tǒng)無機非金屬材料鋁合金金屬材料木紋磚傳統(tǒng)無機非金屬材料陶瓷三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料1.陶瓷——土與火的完美結(jié)合china和China舊石器時代陶器距今將近2萬年新石器時代陶器距今約1萬年春秋戰(zhàn)國原始瓷距今約2千多年陶瓷史的第一個高峰唐朝（南青、北白、唐三彩）越窯青瓷刑窯白瓷唐三彩宋朝（汝、哥、官、均、定）三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料1.陶瓷——土與火的完美結(jié)合三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料原料性質(zhì)黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點。生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等。應(yīng)用1.陶瓷——土與火的完美結(jié)合設(shè)備陶瓷窯三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料2.玻璃——沙與火的淬煉原料設(shè)備原理純堿、石灰石和石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2成分【思考】高溫條件下反應(yīng)的原理是什么？SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫高溫三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料2.玻璃——沙與火的淬煉生產(chǎn)中采用不同的原料和工藝，可以制得多種具有不同性能和用途的玻璃。三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料2.玻璃——沙與火的淬煉加入一些金屬氧化物或鹽可以得到彩色玻璃，常用于建筑和裝飾。著色劑玻璃顏色MnO2紫色CoO、Co2O3紫紅色FeO、K2Cr2O7綠色CdS、

Fe2O3

、Sb2S3黃色AuCl

、

Cu2O紅色CuO、MnO2

、Fe3O4黑色【思考】家中常用的玻璃為什么微微帶綠色？三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料2.玻璃——沙與火的淬煉鋼化玻璃【思考】鋼化玻璃也是傳統(tǒng)無機非金屬材料嗎？和普通玻璃成分一樣嗎？是三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料3.水泥原料設(shè)備黏土、石灰石（再加入少量石膏）水泥回轉(zhuǎn)窯【注意】水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土。作用：調(diào)節(jié)水泥硬化速率三、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料產(chǎn)品原料主要成分及反應(yīng)應(yīng)用陶瓷黏土(含水的鋁硅酸鹽)玻璃水泥生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等純堿、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)普通玻璃：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2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度復(fù)合材料黏土和石灰石以及其他輔料大量用于建筑和水利工程Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑高溫高溫課堂總結(jié)無機非金屬

材料硅酸鹽傳統(tǒng)無機非金屬材料陶瓷：原料、用途水泥：原料、設(shè)備存在：巖石組成：金屬元素，硅和氧元素

表示：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O硅酸鈉：可溶性硅酸鹽，俗稱泡花堿，水溶液稱為水玻璃，用于粘合劑，阻燃劑

玻璃：原料、設(shè)備、原理、用途第三節(jié)無機非金屬材料第2課時新型無機非金屬材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素1.通過對硅及化合物的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生論據(jù)推理與模型認知的化學(xué)核心素養(yǎng)。2.結(jié)合身邊的生活用品、電子產(chǎn)品、建筑物等用到的無機非金屬材料，感受化學(xué)就在身邊，化學(xué)材料作用巨大，提高學(xué)生努力學(xué)習(xí)化學(xué)、投身國家建設(shè)的社會責(zé)任感。學(xué)習(xí)目標(biāo)新課引入

一些材料含碳、氮等其他元素，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無機非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，一系列新型無機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，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料。單晶硅氮化硅新課引入新型無機非金屬材料具有的特性：

①承受高溫，強度高。②具有光學(xué)特性。③具有電學(xué)特性。④具有生物功能。碳化硅金剛石切割片二氧化硅光導(dǎo)纖維硅芯片輸送藥物的納米材料一、二氧化硅1.硅的存在形式硅是一種親氧元素，在自然界中主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數(shù)礦物）和氧化物（如水晶、瑪瑙、石英砂）的形式存在。在地殼中的含量位居第二，僅次于氧元素。OSi一、二氧化硅2.SiO2的物理性質(zhì)【思考】從硅在自然界中的存在，你能看出二氧化硅具有哪些物理性質(zhì)嗎？SiO2是一種難溶于水的非金屬氧化物，硬度大，熔點高。

SiO2有結(jié)晶態(tài)（如瑪瑙、沙子、石英等）和無定形態(tài)（如硅藻土）兩種，統(tǒng)稱為硅石。一、二氧化硅3.SiO2的結(jié)構(gòu)【思考1】從二氧化硅的物理性質(zhì)，結(jié)合硅在元素周期表中的位置，你能預(yù)測二氧化硅的空間結(jié)構(gòu)嗎？

二氧化硅的結(jié)構(gòu)和硅酸鹽相同，都是硅氧四面體結(jié)構(gòu)：一個硅連接四個氧，一個氧連接兩個硅，無限延伸，故化學(xué)式為SiO2【思考2】1molSiO2含有多少molSi-O鍵？以硅為研究對象，1molSiO2含有1molSi，1molSi會形成4molSi-O鍵。3.SiO2的化學(xué)性質(zhì)【思考1】碳和硅位于同一主族，探究二氧化碳和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)有什么相同點和不同點。(1)酸性氧化物①與強堿溶液反應(yīng)：②與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

硅酸鈉（粘合性）SiO2＋CaO====

CaSiO3高溫【注意】二氧化硅是硅酸的酸酐，但是二氧化硅不能與水反應(yīng)生成硅酸。一、二氧化硅【思考2】盛放酸性和氧化性溶液的試劑瓶不能用橡膠塞，盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，為什么？酸性和氧化性溶液會腐蝕橡膠塞，而堿性溶液會與玻璃中的SiO2反應(yīng)，生成硅酸鈉，使試劑瓶與瓶塞粘在一起?！舅伎?】加熱熔融NaOH為什么不能使用陶瓷坩堝，石英坩堝和氧化鋁坩堝？陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能與NaOH反應(yīng)，氧化鋁坩堝的主要成分是Al2O3，也能與NaOH反應(yīng)。3.SiO2的化學(xué)性質(zhì)只能使用鐵坩堝。一、二氧化硅SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高溫高溫3.SiO2的化學(xué)性質(zhì)一、二氧化硅(2)高沸點酸酐制低沸點酸酐(3)弱氧化性（制粗硅）SiO2+2C===Si+2CO↑高溫不能；該反應(yīng)有CO脫離體系，促進反應(yīng)進行?！舅伎肌坑纱朔磻?yīng)能否說明碳的還原性大于硅？3.SiO2的化學(xué)性質(zhì)(4)特性（在玻璃上雕花刻字）【注意】HF是唯一能與SiO2反應(yīng)的酸。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O【思考1】SiO2既能與強堿反應(yīng)，又能與HF反應(yīng)，SiO2是兩性氧化物嗎？不是，二氧化硅和其他酸不反應(yīng)，只能與HF酸反應(yīng)，且生成的SiF4不是鹽?！舅伎?】氫氟酸該如何保存？保存在塑料瓶中。一、二氧化硅4.SiO2的用途①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光學(xué)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。【思考】光導(dǎo)纖維能導(dǎo)電嗎？一、二氧化硅4.SiO2的用途【活動】觀看視頻，了解光纖通信的原理。光纖通信的原理：光在二氧化硅形成的光密介質(zhì)中全反射傳遞信息。故光導(dǎo)纖維的通信具有容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘柌灰姿p，能有效提高通信效率。一、二氧化硅二氧化碳

二氧化硅水堿堿性氧化物碳酸鹽HF氧化性CO2+2NaOH====

Na2CO3+H2O不反應(yīng)CO2+H2O====

H2CO3CO2+CaO=====CaCO3不反應(yīng)CO2+H2O+Na2CO3

=====2NaHCO3

CO2+C======2COSiO2+2NaOH====

Na2SiO3+H2OSiO2+CaO======

CaSiO3高溫

SiO2+4HF=====SiF4↑+2H2OSiO2+Na2CO3

======Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+2C=======Si+2CO↑高溫一、二氧化硅二、硅單質(zhì)1.高純硅的制備

工業(yè)上制備高純硅，一般要先制得純度為98%左右的粗硅，在一起為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯氫硅（SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。SiO2+2C========Si+2CO↑1800-2000℃Si+3HCl=====

SiHCl3+H2300℃1100℃SiHCl3+H2=====Si+3HCl粗硅的制備粗硅變純硅

2.硅的用途(1).利用其半導(dǎo)體性能制成計算機、通信設(shè)備和家用電器的芯片。(2).光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車的硅太陽能電池等?！舅伎?】硅是非金屬元素，為什么硅晶體可以導(dǎo)電用作半導(dǎo)體？硅位于第三周期第ⅣA族，正好處于金屬與非金屬的過度位置，故硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料?！舅伎?】硅與碳在同一主族，它們的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)相似嗎？單晶硅的結(jié)構(gòu)和金剛石的結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)性質(zhì)與碳有一定相似性。二、硅單質(zhì)3.硅的化學(xué)性質(zhì)④Si+4HF===SiF4↑+2H2↑⑤Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑①Si+2F2===SiF4△②Si+2Cl2===SiCl4△③Si+O2===SiO2△二、硅單質(zhì)二、硅單質(zhì)1.下列物品或設(shè)備的成分中含有二氧化硅的是()，含有硅單質(zhì)的是()。①門窗玻璃②水晶鏡片③石英鐘表④瑪瑙首飾⑤硅太陽能電池⑥光導(dǎo)纖維⑦計算機芯片A.①②③④⑥ B.全部C.⑤⑦ D.①②⑥⑦AC三、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，是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細微粒為原料特制而成。又稱精細陶瓷、精密陶瓷。1.碳化硅——俗稱金剛砂，一種新型高溫結(jié)構(gòu)陶瓷碳原子和硅原子通過共價鍵連接，類似于金剛石的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。硬度大，熔點高，抗氧化。砂紙和砂輪的磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料。結(jié)構(gòu)：性質(zhì):應(yīng)用: 三、新型陶瓷一般用碳化硅、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)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷三、新型陶瓷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(zhuǎn)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4MHz壓電陶瓷聚焦超聲波片高頻壓電陶瓷諧振器三、新型陶瓷主要有氧化鋁、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、激光器和高溫探測窗等。透明陶瓷氧化鋁陶瓷二氧化鋯三、新型陶瓷超導(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。四、碳納米材料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，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。1.富勒烯四、碳納米材料由碳原子構(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)提供了重要研究對象，開啟了納米材料研究和應(yīng)用的新時代。富勒烯C60是在1984年美國?？松瓕嶒炇沂状伟l(fā)現(xiàn)，1985年由克羅托、柯爾、斯莫利三位科學(xué)家聯(lián)合成功制備出的C60

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因其外觀與足球相似，故又稱之為足球烯。1.富勒烯四、碳納米材料世界上最小的汽車“納米汽車”不過3至4納米見方，不到頭發(fā)絲直徑的2萬分之一，卻擁有完美的底盤、輪軸和車輪。它的輪軸能像汽車的輪軸一樣平滑旋轉(zhuǎn)，而輪軸末端是4個由C60做成的輪子?！凹{米汽車”可用來運輸單個的有機分子，生產(chǎn)復(fù)雜的材料或藥物。大量的“納米汽車”還可以組成“納米生產(chǎn)線”，大大提高加工效率。2.碳納米管四、碳納米材料碳納米管可以看成是由石墨片卷成的管狀物，具有納米尺