第五章 第三节 无机非金属材料 课件 2022-2023学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第五章 化工生产中的重要非金属元素 第三节 无机非金属材料 1 材料的分类 金属材料 材料 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 (以硅酸盐材料为主) 1.三大传统硅酸盐材料:陶瓷、玻璃、水泥 玻璃 水泥 陶瓷 一、传统无机非金属材料-硅酸盐材料 陶瓷 陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结而成的。 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。它是以纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)为原料。 玻璃 反应原理: SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑ 有色玻璃 钢化玻璃 加入不同的金属氧化物 普通玻璃加热近熔化再急速冷却 主要原料:黏土和石灰石(石膏) 生产设备:水泥回转窑 用途:水泥、沙子和碎石等与水混合可以得 到混凝土 三峡大坝 水泥 无机非金属材料 硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 陶瓷:原料——黏土 玻璃:原料——纯碱、石灰石和石英; 水泥:原料——黏土和石灰石; 加适量石膏; 【归纳】硅酸盐产品:陶瓷、玻璃、水泥 ①概念:由硅、氧和金属组成的化合物的总称; 2.硅酸盐的组成、结构和性质: ③性质: 大多数难溶于水,可溶性硅酸盐如Na2SiO3,K2SiO3等。 硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 ②结构: 在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体 硅在自然界中只有化合态,主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。 硅酸盐矿石 水晶、石英( SiO2 ) 玛瑙( SiO2 ) 二、新型无机非金属材料 岩石 沙子 土壤 1.硅 硅元素含量仅此于氧,位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。 单质硅是灰黑色具有金属光泽的固体。 Si +14 8 4 2 主要形成四价的化合物 (1)硅的用途 Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料 硅太阳能电池 半导体材料 硅芯片 第三周期、第IV A族,处于金属和非金属的过渡位置 【思考】根据元素周期表中硅的位置,为什么硅能成为应 用最为广泛的半导体材料? (2)硅的制备 SiO2+2C == Si+2CO ↑ 高温 Si+3HCl == SiHCl3+H2 300℃ SiHCl3+H2 == Si+3HCl (高纯硅) 高温 第一步:制粗硅 第二步:粗硅提纯 (3)化学性质 a.常温下,化学性质稳定 Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑ b.与强碱反应 c.加热时能与某些非金属单质反应 水晶 玛瑙 石英 沙子 生活中的二氧化硅 (1)物理性质:难溶于水,熔点高,硬度大 ,不导电 SiO2是原子晶体;硬度大、熔点高是原子晶体的特点 1mol 二氧化硅中含4mol Si-O键 2.二氧化硅SiO2 (2)结构: a.酸性氧化物 ①与碱溶液反应:SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O ②与碱性氧化物反应:SiO2 + CaO CaSiO3 ③与某些盐反应: (2)SiO2的化学性质 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑ 制玻璃 【注意】①Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性, 可以用作黏合剂和防火剂。 ②酸性:碳酸>硅酸 SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O ——唯一能与SiO2反应的酸 用途:刻蚀玻璃 (2)SiO2的化学性质 b.特性:与HF反应 【思考】某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应 推断SiO2为两性氧化物.是否正确? 不正确,SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O 光导纤维 (3)SiO2的用途 石英坩埚( SiO2 ) 沙子作建材 装饰品 3.新型陶瓷 高温陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 碳化硅(SiC)俗称金刚砂 硬度很大,可用作砂纸和砂轮的磨料 还具有优异的高温抗氧化性能,可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 超导陶瓷 22 富勒烯C60 石墨烯 碳纳米管 (单壁) 碳纳米管 (多壁) 4.碳纳米材料:碳单质的同素异形体 1. 下列有关无机非金属材料的说法错误的是( ) A. 氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料,其化学式为Si3N4 B. 碳化硅(SiC)的硬度大,熔点高,可制作耐高温轴承 C. 富勒烯C60是一种新型化合物 D. 超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零,可用于磁悬浮技术 C 2.利用“强酸制弱酸”原理可用来设计酸性强弱比较的实验,如比较HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱: (1)分液漏斗所盛试剂是稀盐酸,锥形瓶所盛试剂是_,装置A中反应的化学方程式是_。 (2)装置B所盛试剂是饱和NaHCO3溶液,其作用是: _。 (3