5.3.2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2课时 第三节　无机非金属材料 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。 硅芯片 硅太阳能电池 无机非金属材料 水泥 传统无机非金属材料（硅酸盐材料） 新型无机非金属材料 玻璃 陶瓷 硅和二氧化硅 新型陶瓷 碳纳米材料 3 硅元素的存在与结构 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 第三周期、第ⅣA族 氧化物和硅酸盐 硅是亲氧元素，自然界中无游离态单质硅，常以化合态存在，主要形式为二氧化硅和硅酸盐。 地壳中居第2位 硅 板书 存在 硅酸盐 物性：晶体硅熔点高、硬度大、有脆性，良好的半导体材料。 化性 氧化物：水晶、玛瑙（SiO2） 常温 Si ＋ 4HF ＝ SiF4 ↑ ＋ 2H2 ↑ Si＋2NaOH ＋ H2O ＝ Na2SiO3 ＋ 2H2↑ Si＋2F2＝SiF4 △或高温 Si + O2 ＝ SiO2 △ Si + C　＝　SiC（金刚砂) 高温 工业制备 晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。 高纯硅的制备： 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 1800 ~ 2000℃ 焦炭 300℃ HCl 1100℃ H2 ① SiO2 + 2C Si(粗) + 2CO↑ 1800 0C ~ 2000 0C ② Si + 3HCl SiHCl3 + H2 300 0C ③ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 1100 0C 用途 硅晶片用于生产芯片 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域。 利用其半导体性能可以制成计算机、通讯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 板书 存在 硅酸盐 物性：晶体硅熔点高、硬度大、有脆性，良好的半导体材料。 化性 氧化物：水晶、玛瑙（SiO2） 工业制备 SiO2 + 2C = Si(粗) + 2CO↑ Si + 3HCl = SiHCl3 + H2 SiHCl3 + H2 = Si + 3HCl 高温 △ 高温 用途：太阳能电池、计算机芯片 沙子 石英砂 玛瑙 水晶 SiO2 二氧化硅 二氧化硅的结构 每个Si结合4个O，Si在中心，O在4个顶角； 每个O与 2 个Si相结合。许多个这样的四面体通过顶角的O相连。二氧化硅晶体中Si和O按1∶2的比例组成立体网状结构的晶体。二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。 知识拓展 硬度大、熔沸点高、常温下为固体、难溶于水、不导电、立体网状结构 物理性质 SiO2 板书 存在：水晶、玛瑙、石英、光导纤维 物性：晶熔点高、硬度大、不溶于水 化性 SiO2 + CaO === CaSiO3 高温 SiO2+ 4HF === SiF4 ↑+2H2O SiO2＋2NaOH === Na2SiO3＋H2O 酸性氧化物 弱氧化性 SiO2+2C === Si+2CO ↑ 高温 氢氟酸刻蚀玻璃 与某些盐 用途：建筑材料、光纤制品、饰品、玻璃、钟表 特性 二氧化硅可用来生产光导纤维。 光导纤维 石英坩埚 玻璃仪器 精美瓷器 （通信） 用 途 光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通讯效率高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域。 ？ 1、SiO2 既能与 NaOH 溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为 SiO2 属于两性氧化物吗? 提示：SiO2 不属于两性氧化物。 两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。 SiO2 能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。 ？ 因为NaOH与SiO2反应非常缓慢，且玻璃瓶内壁光滑，接触面积小，更不容易发生反应，因此可以用玻璃瓶盛放NaOH溶液。 但磨口玻璃塞的磨口增大了SiO2与NaOH溶液的接触面积，促进反应的进行，生成硅酸钠，从而会使瓶塞与瓶口黏结在一起。 2、实验室存放碱溶液的试剂瓶可以是玻璃的，但塞子却不用磨口玻璃塞而用橡胶塞，你知道是什么原因吗？ ？ 3、SiO2 属于酸性氧化物，能否用 SiO2 与水直接反应制取 H2SiO3 ? 由 SiO2 如何来制取 H2SiO3? 用化学方程式表示。 提示：不能，因为SiO2 与水不反应。 SiO2 NaOH溶液 Na2SiO3 CO2 H2SiO3 硅酸H2SiO3 是一种很弱的酸，酸性比碳酸还弱，溶解度很小,不稳定，受热易分解 H2SiO3 H2O+SiO2 如何制备硅酸？已知