5.3无机非金属材料 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第三节 无机非金属材料 新课展示 材料是人类赖以生存和发展的物质基础。 金属材料 非金属材料 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 陶瓷，玻璃，水泥 硅和SiO2，新型陶瓷，碳纳米材料 非金属材料 传统非金属材料 新型非金属材料 非金属材料 1、性能和优点 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。 2、分类 一、传统非金属材料 传统非金属材料多为硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥三大类。 硅酸盐的结构 硅氧四面体结构 决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 1、陶瓷 陶瓷 原料 历史 应用 黏土 ( 含水的铝硅酸盐 ) 青花瓷、唐三彩 China 瓷都 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 2、玻璃 玻璃 成分 原料 应用 Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 纯碱、石灰石和石英砂 生产建筑材料、光学仪器、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 SiO2 玻璃的生产 以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑ 高温 高温 硅酸钙 硅酸钠 硅酸钠(Na2SiO3) 白色固体，具有黏合性，可溶于水。 是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 Na2SiO3水溶液俗称： 水玻璃 Na2SiO3 不同性能的玻璃 3、水泥 黏土 石灰石 水泥 原料 应用 条件 高温煅烧 制作混凝土、大量用于建筑和水利工程。 石膏的作用： 调节水泥硬化速率 水泥、沙子、碎石和水 二、新型非金属材料 满足科技发展的需要，应用于高端领域 1、硅 在自然界的存在 原子结构 示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中 居第____位 ________ ________ _________ _________ 二 氧化物 硅酸盐 第三周期 第ⅣA族 1、硅 硅 是一种亲氧元素，在自然界总是与氧相互结合 以化合态存在 单质的导电性： 介于导体与绝缘体之间 处于金属与非金属的过渡位置 自然界的硅：不存在单质硅 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。 ① SiO2 + 2C Si + 2CO↑ 1800 0C ~ 2000 0C ② Si + 3HCl SiHCl3 + H2 300 0C ③ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 1100 0C 硅的用途 半导体材料 硅晶片用于生产芯片 二氧化硅的性质 纯净的二氧化硅晶体，是一种坚硬、脆、不溶于水的无色透明的固体 一、物理性质 二、化学性质 SiO2 属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性 ① SiO2 不溶于水，不与水反应 ② SiO2 可与碱性氧化物反应 SiO2 + CaO CaSiO3 高温 ③ SiO2 可与强碱反应 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O 有粘性 ❒ 实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗? 思考 玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成有粘性的Na2SiO3， 使瓶塞与瓶口粘在一起而难以打开。 （提示：玻璃中含有SiO2） 与氢氟酸HF反应 ——常用于雕刻玻璃 SiO2 +4HF＝SiF4↑ + 2H2O 特性： ❒ 氢氟酸能保存在玻璃瓶中吗？ 思考 不能，应保存在塑料瓶中。 光导纤维 石英坩埚 玛瑙 水晶 SiO2的用途 建筑材料 玻璃 沙子 光导纤维 难溶于水 溶解度很小，是一种弱酸， 酸性弱于碳酸，不能使指示剂变色 ——硅酸( H2SiO3 ) 1、物理性质 【拓展】 硅胶用途：做干燥剂 ——硅酸( H2SiO3 ) 2、化学性质 【拓展】 3、制备 不稳定性 H2SiO3 = SiO2 + H2O ▲ 原理：强酸 制 弱酸 Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 (胶体) + 2NaCl Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3(胶体) + Na2CO3 3、新型陶瓷 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，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。 高温结构陶瓷 透明陶瓷 压电陶瓷 超导陶瓷