5.3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

　无机非金属材料 美国的硅谷——位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界９0％以上的著名半导体公司（思科、英特尔、惠普、朗讯、苹果） ，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。该地区客观上成为美国高新技术的摇篮， 现在硅谷已成为世界各国半导体工业聚集区的代名词。也是高新科技的象征。 硅谷 silicon valley 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。 材料按照化学组成和特性来分： 无机非金属材料 金属材料 高分子材料： 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 组成 性能 应用 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 CHUAN TONG WU JI FEI JIN SHU CAI LIAO——GUI SUAN YAN CAI LIAO 01 传统的无机非金属材料--硅酸盐材料 产品 原料 主要成分 应用 陶瓷 _______(含水的铝硅酸盐) 玻璃 普通玻璃： 水泥 黏土 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2） Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料 黏土和石灰石以及其他辅料 大量用于建筑和水利工程 传说很久很久以前，地中海沿岸的贝鲁斯河口旁，有一块美丽的沙洲。有一天，一艘贩运纯碱的腓尼基人的商船在这里搁浅了。大家从船上搬来大锅，又扛了几块纯碱，用纯碱支着锅做起饭来。饭熟后，商人们惊奇地发现“灶”变成了晶莹透明的固体。聪明的腓尼基人在无意中发现了这个秘密，就开始生产这种晶莹透明的固体，由此发了大财。你可知道这种晶莹透明的固体是什么？为什么会有如此变化？ 小故事 现代工业制玻璃时除了用纯碱、石英之外，还用到了石灰石。 已知玻璃的成分有Na2SiO3，CaSiO3 ，SiO2，请用化学方程式表述出玻璃的制备原理。 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑， SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑。 为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？ 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点 02 新型无机非金属材料 XIN XING WU JI FEI JIN SHU CAI LIAO 新型无机非金属材料 一、硅和二氧化硅 二、新型陶瓷 三、碳纳米材料 1、硅元素的存在与结构 翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。 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 硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位 存在：硅元素含量在地壳中居第二位。 硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 硅酸盐矿石 水晶（ SiO2 ） 玛瑙（ SiO2 ） 硅的物理性质： 1）灰黑色固体，有金属光泽 2）熔、沸点高、硬度大 3）晶体硅是良好的半导体材料 硅的用途 芯片、太阳能电池 硅的工业制取 高温 SiO2+2C === Si+2CO↑ 高纯硅的制备 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↑ 1800~2000 ℃ Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑ 300 ℃ SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl 1100 ℃ 1.存在与用途 SiO2 是沙子、水晶、石英、玛瑙的主要成分，可用于制光导纤维 ⑴ 存在形式 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） 熔沸点高、硬度大、不溶于水 ⑵ 物理性质 (3) S