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 地壳中硅的存在 陶器—人类发明的第一种材料 网纹船形彩陶壶 秦兵马俑 唐三彩 1、陶瓷（人类发明的第一种材料） 原料： 条件： 用途： 性能： 黏土（硅铝酸盐） 高温烧结 建筑材料、绝缘材料、 日用器皿、卫生洁具等 我国古代烧制的精美瓷器 高压输电线路使用了陶瓷绝缘材料 熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 2、玻璃（人类应用最广的透明材料） 原料： 设备： 条件： 主要反应： 主要成分： 用途： 纯碱、石灰石、石英砂（SiO2） 玻璃窑 高温熔融，复杂的物理和化学变化 硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅 建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等 3、水泥 原料 设备 条件 用途 黏土、石灰石 石膏（调节水泥硬化速率） 水泥回转窑 煅烧，复杂的物理和化学变化 建筑和水利工程 古罗马时期，人们把石灰和火山灰搅拌，制出“罗马泥浆”，也就是水泥的前身。 无机非金属材料 传统无机非金属材料 陶瓷 玻璃 水泥 熔点高、硬度高 耐高温、耐腐蚀 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 一、硅和二氧化硅 （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。 存在形式：化合态 处于金属与非金属的过渡位置 半导体材料 晶体硅—新能源领域、信息领域的基础材料 硅晶片是生产芯片的基础材料 　　　 Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料 硅太阳能电池 Si 价值5元的沙子 SiO2 Si 价值5000元的芯片 点沙 成金 从沙滩到用户 晶体硅的用途 Si 硅的制备 ⑴SiO2+2C === Si+2CO ↑ (粗硅) 高温 ⑶SiHCl3+H2 === Si+3HCl （高纯硅） 高温 工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅 提纯 如何制备高纯度的硅？ Si ⑵Si+3HCl === SiHCl3+H2 高温 (三氯硅烷) 二氧化硅（ SiO2）存在形式 SiO2 水晶 玛瑙 硅藻土 二氧化硅的用途 光导纤维（通信） 石英坩埚 玻璃仪器 SiO2 SiO2的晶体结构 晶体Si的结构 硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定 二氧化硅 二氧化硅（ SiO2）的晶体结构 物理性质： 难溶于水，熔点高，硬度大。 SiO2 1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ 思考交流 NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。 SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O SiO2 拓展 雕刻玻璃 SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！ SiO2 某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确? 不正确。 二氧化硅不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。 ①酸性氧化物 高温 与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 +H2O ③与HF的反应（ SiO2的特性） SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O ②不与水反应 高温 二氧化硅化学性质: SiO2 是否可以通过二氧化硅与水反应制得硅酸？ 该如何制备？ 思考交流 二、新型陶瓷 新型陶瓷 组成 特性和功能 不再限于传统的硅酸盐体系 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 俗称金刚砂 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 阅读P23新型陶瓷 三、碳纳米材料 碳纳米材料 富勒烯 碳纳米管 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60 开启了碳纳米材料研究和应用的新时代 是由石墨片层卷成的管状物 有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面 阅读P23、24碳纳米材料