5.3.2 新型无机非金属材料 硅酸盐材料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 1 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 感知材料的发展 航空航天 高铁运输 通信工程 2 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 感知材料的发展 3 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 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： 4 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的存在 含量：地壳中居第二位 存在形态：氧化物和硅酸盐（化合态） 硅的结构 元素周期表中的位置：第三周期 第ⅣA族 原子结构示意图： Si +14 8 4 2 5 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的物理性质 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 6 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的化学性质 常温下，化学性质不活泼，但可以和F2、氢氟酸和强碱溶液发生反应发生反应。 Si＋2F2===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 7 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的化学性质 硅在加热条件下还可以和很多非金属单质反应。 8 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的制备 9 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的制备 （1）粗硅的制备： SiO2+2C 1800~2000℃ Si(粗) +2CO↑ （2）粗硅的提纯∶ Si(粗)＋3HCl 300℃ SiHCl3+H2; SiHCl3+H2 1100℃ Si(纯)＋3HCl。 10 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 硅 硅的用途 半导体材料、太阳能电池、计算机芯片 11 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 二氧化硅 存在 结构 物理性质：熔点高；硬度大；不溶于水 石英、水晶、玛瑙、沙子 结晶形： 无定形： 统称硅石 硅藻土 空间构型：硅氧四面体（空间网状） 12 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 二氧化硅 化学性质 用途： 氢氟酸可以刻蚀玻璃 13 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 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 14 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 为什么实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ 二氧化硅 因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH溶液反应生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸（HF）？ 实验室用塑料瓶来盛装HF 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。 15 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 新型陶瓷 新型陶瓷 组成 不再限于传统的硅酸盐体系 特性和功能 在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能 实例 SiC 金刚砂 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 16 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 新型陶瓷 高温结构陶瓷：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。 压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。 17 环节一：分类整理Si、SiO2及新型陶瓷 新型陶瓷 透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。 超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。 18 环节二：讨论碳纳米材料的性质 碳纳米材料 19 环节二：讨论碳纳米材料的性质 富勒烯 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，代表物C60 C60的发现为纳