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

5.3无机非金属材料 第五章 化工生产中的重要非金属元素 人教版高中化学必修第一册 硅氧等元素 耐高温、抗腐蚀、硬度高 特殊的光学、电学等性能 日常生活应用 航空航天领域 信息领域 新能源领域 含有元素 性能 应用 材料 金属材料：合金、纯金属 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料 传统无机非金属材料 无机非金属材料 新型无机非金属材料 （硅酸盐材料） Si、O、金属组成的化合物 大多不溶于水，化学性质很稳定 陶瓷、玻璃、水泥 硅和二氧化硅 新型陶瓷 碳纳米材料 硅 硅 第三周期、第ⅣA族 应用最广泛的半导体材料 +14 2 8 4 硅在地壳中含量居第二位， 主要是以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。 硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔沸点高、硬度大、有脆性；高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。（良好的半导体材料、芯片、太阳能电池） 加热 Si+O2 === SiO2 加热 Si+Cl2 === SiCl4 高温 Si+C === SiC(金刚砂) ①稳定性：常温 ②还原性：加热(高温) Si+2F2 === SiF4 Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑ Si+4HF === SiF4↑+2H2↑ (与唯一酸反应) 硅 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 石英 水晶 玛瑙 沙子 (2)二氧化硅 水晶 玛瑙 难溶于水，熔点高，硬度大。 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 化学性质很稳定，不活泼。 ①酸性氧化物 与强碱反应生成盐和水 ③与HF的反应(SiO2的特性) SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O ②不与水反应 与某些盐的反应 化学性质 高温 SiO2+CaO == CaSiO3 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 高温 SiO2+Na2CO3 == Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 == CaSiO3+CO2 高温 工业制玻璃（SiO2、Na2SiO3、CaSiO3 Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 不用用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸 可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃 不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液 黏性、水溶液俗称水玻璃（黏合剂、防火剂） Na2SiO3 + H2O + CO2 === Na2CO3 +H2SiO3 ↓ 用途 光导纤维、石英坩埚、建筑材料、电器部件 石英坩埚 光导纤维 建筑材料 高纯硅的制备 工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。 SiO2+2C == Si+2CO↑ 1800~ 2000℃ Si+3HCl == SiHCl3+H2↑ 300℃ SiHCl3+H2 == Si+3HCl 1100℃ 注意产物不是CO2 类别 成分 性能 应用 金刚砂 高温 结构陶瓷 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ Bi2Sr2Ca2Cu3O10 Tl2Ba2Ca2Cu3O10 SiC、Si3N4 某些金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐腐蚀 火箭发动机、高温电极材料 钛酸盐、锆酸盐 实现机械能与电能的相互转化 滤波器、扬声器、点火器 氧化铝、氧化钇 氮化铝、氟化钙 优异的光学性能、耐高温，绝缘性好 高压钠灯、激光器、高温探测窗 某临界温度下电阻为零，超导性 电力、交通、医疗 耐高温结构材料 耐高温半导体材料 碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、抗氧化 2. 新型陶瓷 纳米汽车 富勒烯 包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景 3. 碳纳米材料 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60。可制碳纳米材料。 碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，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。 碳纳米材料 石墨烯电池 石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。其在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。 一、传统无机非金属材料（硅酸盐材料） 硅酸盐的概念 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。 硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体 硅酸盐的特性 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。 玻璃 陶瓷 水泥 三大传统硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥 玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2 ； CaCO3＋SiO2 。 Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3＋CO2↑ 新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。 产品 原料 设备 主要成分 性能 用途 陶瓷 陶瓷窑 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 玻璃 透光性好、硬度大、无固定熔点 水泥 遇水逐渐变硬(水硬性)硬化后性质稳定 黏土 黏土、石灰石、适量石膏 玻璃窑 水泥回转窑 含水的铝硅酸盐 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 建筑材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、各种器皿、光学仪器等 用于建筑和水利工程 纯碱、石灰石、 石英砂 2. 常见的硅酸盐材料 $$