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

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 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 金属 合金(铁合金、铝合金、新型合金) 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 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料。 如：陶瓷、玻璃、水泥等。 硅酸盐 1、定义： 由Si、O、金属(铝、铁、钙、镁、钾、钠等)等 元素组成的化合物的总称。 2、书写： 用盐的化学式表示，如Na2SiO3 用氧化物形式表示，如Na2O•SiO2 原则：x 金属氧化物• y SiO2• z H2O 沸石：Na2 Al2Si3H4O12 云母：K(Al3Si3O10)(OH)2 Na2O · Al2O3 · 3SiO2 · 2H2O K2O · 3Al2O3 · 6SiO2 · 2H2O 金属氧化物... text has been truncated due to evaluation version limitation. 硅酸盐 3、结构： 硅氧四面体 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。 4、性质： 多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 简单的硅酸盐有Na2SiO3、K2SiO3、CaSiO3等。 Na2SiO3 俗称泡花碱，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，相对稳定、不能燃烧、不易被腐蚀，可作木材防火剂、黏胶剂，制备硅胶。 K2SiO3：可溶于水的黏稠状液体。 CaSiO3：不溶于水的白色固体。 硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。为什么？ Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓ 酸性：H2CO3 > H2SiO3 硅酸(H2SiO3)：唯一的难溶于水的无机酸。 H2SiO3 = SiO2 + 2H2O △ 硅酸凝胶经干燥脱水后得到硅胶（mSiO2·nH2O），常用作干燥剂或催化剂的载体。 盛放和保存水玻璃时应该注意什么？ ①密封保存 ②使用橡皮塞，因为它本身是一种玻璃黏胶剂。 一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 陶瓷 原料： 反应条件： 应用： 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 高温烧结 生产建筑材料、 绝缘材料、 日用器皿、 卫生洁具等 一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 玻璃 石灰石、纯碱和石英砂 高温熔融 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑ Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 原料： 反应方程式： 主要成分： 应用： 反应条件： 特种玻璃 加入元素或物质 玻璃特性 用途 含铅原料 光学玻璃：透光性好，折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜 硼酸盐 耐化学腐蚀、耐温度急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器 金属氧化物或盐 彩色玻璃 用于建筑和装饰 钢化玻璃 将普通退火玻璃加热到接近软化点的700度左右，再进行快速均匀的冷却而得到的。其强度约是普通退火玻璃的四倍以上，安全性高，热稳定性好。 一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 水泥 原料： 反应条件： 应用： 石灰石、黏土、石膏(调节水泥硬化速率) 高温煅烧 水泥、沙子和碎石等与水混合得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。 二、新型无机非金属材料 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。 含碳、氮等其他元素的材料： 在航天、能源和医疗等领域广泛应用。 (一)硅和二氧化硅 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 ） 1. 单质硅： 单质硅是具有金属光泽的灰黑色固体。 晶体硅的正四面体结构 1 mol硅中有____mol Si-Si键。 2 1. 单质硅： ①常温不与HNO3、Cl2、O2等氧化剂反应，仅与少数物质反应。 Si + 2F2 = SiF4 Si + 4HF = SiF4↑ + 2H2↑ Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑ ②加热或高温条件下： Si + C = SiC 高温 Si+2Cl2 = SiCl4 △ Si + O2 = SiO2 △ 单质硅的应用: 硅元素位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。处于金属与非金属的过渡位置，单质硅是应用最广泛的半导体材料。用于芯片、晶体管、硅太阳能电池等。 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： 高