5.3.2 新型无机非金属材料-【备课优选】2022-2023学年高一化学同步优选备课课件(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 第2课时 新型无机非金属材料 新课引入 新型无机非金属材料 新课引入 新型无机非金属材料 （一）高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。 （二）含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。 随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，常见类型有两种： 新型无机非金属材料 硅 半导体材料 新型无机非金属材料 硅 硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。 Si +14 8 4 2 +6 4 2 C 新型无机非金属材料 硅 通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？ 新型无机非金属材料 硅 硅的存在形式 硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的， 硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。 硅酸盐矿石 水晶（ SiO2 ） 玛瑙（ SiO2 ） 新型无机非金属材料 硅 硅的性质 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、脆而硬的固体 晶体结构类似于金刚石，其熔点和沸点很高，硬度大 导电性介于导体和绝缘体之间，良好的半导体材料 物理性质 新型无机非金属材料 硅 硅的性质 化学性质 常温下：硅的化学性质不活泼。 ①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ ③Si+ 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2↑ 注：除氟气、氢氟酸和强碱外,其它氧化剂，如Cl2、O2、H2SO4、HNO3等常温下都不与硅起反应。 加热时：与某些非金属反应 Si+O2==SiO2 △ 新型无机非金属材料 硅 硅的制备 工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3),再经氢气还原得到高纯硅。 SiO2+2C===Si+2CO 高温 新型无机非金属材料 硅 硅的用途 半导体材料、太阳能电池、计算机芯片 新型无机非金属材料 二氧化硅 存在： 物理性质：熔点高；硬度大；不溶于水。 硅藻土 石英、水晶、玛瑙、沙子 结晶形： 无定形： 统称硅石 空间构型：硅氧四面体（空间网状） SiO2的晶体结构 【SiO4】四面体结构 新型无机非金属材料 二氧化硅 化学性质 ①具有酸性氧化物的通性 a．与碱反应： SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O b．与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO CaSiO3 ②特性：除氢氟酸外，SiO2一般不与其他酸反应， SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 雕刻玻璃 新型无机非金属材料 二氧化硅 用途 ①沙子是基本的建筑材料。 ②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。 ③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 ④ 石英坩埚 新型无机非金属材料 二氧化硅 1、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。 SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O 3、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？ 错。因为SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O，生成的SiF4 不属于盐。 新型无机非金属材料 新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系 在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。 常见的新型陶瓷 碳化硅陶瓷（SiC俗称金刚砂） 高温结构陶瓷： 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 新型无机非金属材料 新型陶瓷 具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料 具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料 碳化硅陶瓷（SiC俗称金刚砂） 新型无机非金属材料 碳纳米材料 新型无机非金属材料 碳纳米材料 碳纳米材料 富勒烯 碳纳米管 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60 开启了碳纳米材料研究和应用的新时代 是由石墨片层卷成的管状物 有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 本节小结 谢谢 $