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 第五章 化工生产中的重要非金属元素 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。 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 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 第 页 1 传统的硅酸盐材料 陶瓷 玻璃 水泥 第 页 由硅、氧和金属组成的化合物的总称； 一、硅酸盐的组成、结构和性质、表示方法： 3、性质： 大多数难溶于水、硬度高 、耐高温、 耐腐蚀、化学性质稳定；少数可溶，如Na2SiO3，K2SiO3等。 2、结构： 在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为2个四面体所共有。 1、概念： 1.陶瓷： 以黏土（含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成。 二、常见的硅酸盐产品： 2.玻璃： 原料 ：纯碱、石灰石、石英砂（SiO2） 混合、粉碎、熔融 主要成分： Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 资料卡片 含Pb原料制造光学玻璃，制造眼镜、照相机、光学仪器透镜。 加入硼酸盐制耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器。 加一些金属氧化物或盐可得到彩色玻璃，用于建筑和装饰。 用 途： 建筑材料、光学仪器、器皿、玻璃纤维等 生产设备：玻璃熔炉 【思考交流】 1.生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反应?试写出反应的化学方程式。 2.玻璃有固定熔沸点吗？为什么？ 混合物没有固定的熔沸点。 3.水泥——建筑的基石 水泥 原料： 工业设备： 黏土、石灰石、石膏 水泥回转窑 混凝土： 水泥、沙子和碎石等与水混合 石膏的作用： 条件： 高温煅烧 调节水泥硬化速率 【归纳总结】 产品 原料 主要成分 应用 陶瓷 _______ (含水的铝硅酸盐) 玻璃 普通玻璃： 水泥 黏土 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2） Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料 黏土和石灰石以及其他辅料 大量用于建筑和水利工程 第 页 2 新型无机非金属材料 硅和二氧化硅 新型陶瓷 碳纳米材料 一、硅 （1）自然界中硅的存在 在地壳中，硅元素含量丰富，仅次于氧，位居第二，硅是亲氧元素， 在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 （1）自然界中硅的存在 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。 （2）硅的结构和物理性质 物理性质：有金属光泽，硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大 晶体硅——半导体材料 集成电路板（硅芯片） 硅太阳能电池 （3）硅的用途 微信公众号：杨 sir 化学 基础版课件不提供所有内容 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 硅是良好的半导体材料，但是晶体硅中的杂质会影响其导电性能，如何制备高纯度的硅呢？ （4）工业上高纯硅的制备： 工业上用焦炭还原石英砂可制得粗硅，将粗硅进一步提纯得到高纯硅。 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 焦炭 1800-2000℃ 300℃ 1100℃ H2 HCl 【思考交流】 能否说明，非金属性碳的大于硅？ 根据粗硅的制备原理 结晶形（石英晶体） 无定形——硅藻土 水晶 玛瑙 1.分类 二、二氧化硅 2.二氧化硅的结构与性质 （1） 物理性质 颜色 熔点 硬度 溶解性 导电性 无色 高 大 不溶于水 不导电 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 工业制玻璃 （2） 化学性质 a.酸性氧化物的性质 SiO2+2NaOH == Na2SiO3+H2O SiO2+CaO ==== CaSiO3 高温 b.与碳酸盐反应 2.二氧化硅的结构与性质 c.弱氧化性 d.与HF反应（特性） SiO2+2C === Si+2CO↑ 高温 SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O 2.二氧化硅的结构与性质 （2） 化学性质 应用：雕饰玻璃 实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸？ 3.二氧化硅的用途 二氧化硅可以用来做水晶，玛瑙等饰物，在实验室做坩埚，还可用于制造光导纤维。 1、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。 SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O 3、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。 【思考交流】 4、如何除去SiO2中混有的CaO杂质？ HCl 5、中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。 (1)“龙芯”1号(芯片)的主要化学成分是________。 (2)互联网使用的数据传输材料叫________，主要化学成分是________。 (3)秦兵马俑制品的主要生产原料是________，主要成分为________。 硅 光导纤维 二氧化硅 黏土 硅酸盐 【思考交流】 三、新型陶瓷 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 氧化铝陶瓷 碳化硅陶瓷 四、碳纳米材料 富勒烯 笼形分子总称，代表物C60 碳纳米管 石墨片层卷成的管状物，比表面积大 电学性能优良， 生产复合材料、电池 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，高强度。 归纳总结 1、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是 (　　) A.传统无机非金属材料是指:光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但强度比较差 C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 【课堂练习】 C 2. 下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　　） A．SiO2能与水反应生成硅酸 B．SiO2与CO2的结构相同 C．SiO2用于太阳能电池 D．SiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中 D 【课堂练习】 3. 下列关于硅酸的说法正确的是（　　） A．硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得 B．可用反应Na2SiO3+2HCl =2NaCl+H2SiO3↓制取 C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反 D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠 B 【课堂练习】 谢 谢 观 看 Lavf57.62.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.76 $$