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 第2课时 新型无机非金属材料 世界著名高科技产业区——硅谷 信息化时代的每一件高科技通讯设备都离不开一个小小的芯片，那么芯片是用什么材料制成的呢？ 类比推理硅及其化合物的性质 C CO2 H2CO3 Na2CO3 Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 硅及其化合物是如何转化的？硅在自然界以什么形式存在？ 硅单质具有哪些性质？ 半导体材料 硅在地壳中含量居第二位 硅的存在 硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，自然界中不存在游离态的硅，因此硅都以化合态存在于自然界，硅在自然界主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物质）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。 晶体硅 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，良好的半导体材料。 Si+O2 == SiO2 硅单质的性质 Si +14 8 4 2 硅原子的最外电子层有4个电子，既不容易得到4个电子，也不容易失去4个电子。硅的化学性质不活泼，主要形成四价化合物。 晶体硅 工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。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。 焦碳 石英砂 HCl H2 粗硅 1 800～2000℃ 300℃ SiHCl3 图5-23工业制备高纯硅的原理示意图 高纯硅 1 100℃ （1）SiO2+2C == Si+2CO ↑ (粗硅) 高温 （2）Si+3HCl == SiHCl3+H2 高温 （3）SiHCl3+H2 == Si+3HCl（高纯硅） 高温 高纯硅的制备 弱氧化性 ①芯片 ②太阳能电池 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。 高纯硅的应用 二氧化硅的存在 沙子、石英、水晶、玛瑙的主要成分均为SiO2。 存在 物理性质 不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大，不导电。 SiO2晶体中没有SiO2分子存在，只存在硅氧原子，因此性质稳定。 SiO2是由Si和O按1 ： 2的比例组成的立体空间网状结构。通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。 Q1：1molSiO2含有多少硅氧键？ 以硅为研究对象，1molSiO2含有1mol硅原子，1mol硅原子会形成4mol硅氧键 二氧化硅的结构 二氧化硅的性质 Q2：从物质组成和性质角度来分类，SiO2属于哪类物质？有什么化学性质？ 1、酸性氧化物 与水反应 与碱反应 与碱性氧化物反应 SiO2+H2O= SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+Na2O=====Na2SiO3 高温 Q3：为什么实验室盛放碱溶液的试剂瓶使用橡胶塞，而不用玻璃塞？ 若使用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液，碱液能与玻璃中SiO2发生反应生成Na2SiO3，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开。 Q4：加热熔融NaOH时，为什么不能使用陶瓷坩埚和石英坩埚，只能使用铁坩埚？ 陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应。 SiO2 + 4HF == SiF4↑+2H2O ③与HF反应 ——唯一能与SiO2反应的酸 用途：刻蚀玻璃 ②弱氧化性 SiO2 + 2C ===== Si + 2CO↑ 高温 二氧化硅的性质 Q5：SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，SiO2是两性氧化物吗？ 不是，二氧化硅和其他酸不反应，只能与HF酸反应，且生成的SiF4不是盐。 不用玻璃瓶盛装氢氟酸 二氧化硅的用途 二氧化硅可用来生产光导纤维。 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，能有效提高通信效率。 石英坩埚 玻璃仪器 水晶、玛瑙饰品 Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 × Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl Na2SiO3 + CO2+H2O= H2SiO3↓+ Na2CO3 二氧化硅难溶于水，又不与水反应，故实验室用向硅酸盐溶液中加入盐酸或通入CO2。 如何制备硅酸呢 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。 碳原子和硅原子通过共价键连接 结构： 性能 ——砂纸和砂轮的磨料 碳化硅陶瓷 (金刚砂SiC) 高温抗氧化性能 硬度大 耐高温结构材料 耐高温半导体材料 新型无机非金属材料 1、新型陶瓷 压电陶瓷 超导陶瓷 透明陶瓷 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。 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。 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。 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。 新型无机非金属材料 1、新型陶瓷 新型无机非金属材料 2、碳纳米材料 富勒烯 石墨烯 碳纳米管 注：碳纳米材料(富勒烯、石墨烯等)、金刚石、石墨都是碳的同素异形体，它们具有不同的结构(碳原子排列方式不同)和性质。 生产复合材料、电池和传感器 光电器件、超级电容器、电池和复合材料。 明辨是非 (1)生产光导纤维的原料是二氧化硅(　　) (2)SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物(　　) (3)因为Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强(　　) (4)水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2(　　) (5)CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似(　　) (6)可以通过SiO2与水反应一步制得硅酸(　　) (7)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体(　　) × √ × √ × × × Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.46.101 $$