5.3.1 新型无机非金属材料 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1课时 新型无机非金属材料 人教版必修第二册 1 1．了解材料的分类。 2．了解硅、二氧化硅结构、性质及用途。 3．了解新型陶瓷、纳米材料的性能和用途，认识化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。 学习目标 1．通过研究硅和二氧化硅的结构与性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。 2．通过了解材料发展的历史与前景，使学生认识化学在材料科学中的重要地位，体会化学的创造性和实用性，激发对化学科学的兴趣。培养学生的“科学态度与社会责任”的学科素养。 素养目标 素养导向的学习目标 硅谷（Silicon Valley），位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷（Santa Clara Valley）的别称。 是电子工业和计算机业的王国。 硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。 情境引入 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。 情境引入 一、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（硅酸盐材料） 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 材料 知识梳理 二、新型无机非金属材料 1. 硅 （1）硅元素的存在、结构、位置 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 氧化物和硅酸盐 第三周期、第ⅣA族 知识梳理 1. 硅 （2）硅的物理性质 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 晶体硅 知识梳理 1. 硅 （3）硅的化学性质 知识梳理 ①与氟气反应： Si+2F2 = SiF4 ②与氢氟酸反应： Si+4HF = SiF4↑+2H2↑ ③与强碱溶液反应： Si+2NaOH+H2O =Na2SiO3+2H2↑ （4）硅的制备 ①制备原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。 ②制备流程： ③反应方程式： 知识梳理 从沙子到芯片的奇幻之旅 知识梳理 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，利用其半导体性能，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 硅太阳能电池 硅芯片 （5）硅的用途 知识梳理 2. 二氧化硅 立体网状结构， Si 原子和 O 原子比例 1:2，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。 （1）结构 （2）物理性质 SiO2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。 知识梳理 （3）化学性质 知识梳理 ①酸性氧化物 SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O SiO2不溶于水，也不和水反应 与碱 与碱性氧化物 与盐 硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂。 知识梳理 思考：为什么实验室盛放碱溶液的试剂瓶使用橡胶塞，而不用玻璃塞？ 若使用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液，碱液能与玻璃中SiO2发生反应生成Na2SiO3，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开。 （3）化学性质 知识梳理 ②特性：与酸反应（只能与HF反应） SiO2+4HF = SiF4↑+2H2O HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。 ③氧化性：与碳反应（工业制粗硅） HF刻蚀的玻璃 （4）用途 光导纤维、石英玻璃制化学仪器、石英表、石英钟、水晶制光学仪器和工艺品、玛瑙制精密轴承和装饰品。 光导纤维 石英坩埚 水晶 玛瑙 耐高温化学仪器 知识梳理 二氧化硅 硅 知识梳理 3. 新型陶瓷 碳原子和硅原子通过共价键连接 结构： 性能 砂纸和砂轮的磨料 高温抗氧化性能 硬度大 耐高温结构材料 耐高温半导体材料 一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。 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。 氮化硅陶瓷 高温 结构陶瓷 知识梳理