5.3.2 新型无机非金属材料 课件-2024-2025学年高一化学下学期同步课件(人教版必修第二册)

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 课堂总结与练习 03 新课讲授 02 目录 Contents 课程标准与核心素养 01 课程标准与核心素养 01 课程标准 了解硅酸盐及其结构特点，掌握常见硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）的工业生产原料、设备、主要成分和特性。 认识硅和二氧化硅的性质，了解碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料的性能与用途。 知道硅及其化合物在材料家族中的应用，了解无机非金属材料在生产生活、科技领域中的重要作用。 核心素养 宏观辨识与微观探析 证据推理与模型认知 科学探究与创新意识 科学态度与社会责任 新课讲授 02 新课引入 新型无机非金属材料 航空航天 高铁运输 通信工程 新型无机非金属材料 晶体硅的用途 Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术和新能源技术的关键材料。 硅晶片是生产芯片的基础材料 　　　 硅太阳能电池 新型无机非金属材料 自然界的硅：不存在单质硅 水晶 主要成分SiO2 玛瑙 主要成分SiO2 Na2SiO3泡花碱 水溶液俗称水玻璃 主要成分： 3MgO·2siO2·2H2O 蛇纹石石棉 新型无机非金属材料 1、硅的存在、结构 二 氧化物 硅酸盐 第三周期 第ⅣA族 硅 是一种亲氧元素，在自然界总是与氧相互结合 在自然界的存在 原子结构 示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中 居第____位 ________ ________ _________ _________ 自然界无单质硅 新型无机非金属材料 1、半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”。你知道其含义吗？ 2、光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么？碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？ 新型无机非金属材料 制备原理 制备流程 反应 方程式   用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅， 然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。 2、高纯硅的制备 【思考】能否通过反应SiO2＋2C Si＋2CO↑证明C、Si的还原性强弱？ 高温 新型无机非金属材料 3、硅的性质 硅单质主要有无定型硅和晶体硅两大类 物理性质：晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高。 晶体硅的结构 晶体硅 晶体硅产品 新型无机非金属材料 3、硅的性质 化学性质：化学性质稳定，在常温下只能与氟气(F2)、HF、NaOH反应，不能与H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸等氧化剂反应，加热时能与氧气、氯气反应。 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 硅处于金属元素和非金属元素过渡位置，单质用作半导体材料。 新型无机非金属材料 3、二氧化硅 SiO2存在形式 结晶形 无定形——硅藻土 石英、水晶、玛瑙、沙子 玛瑙 水晶 新型无机非金属材料 3、二氧化硅 难溶于水，熔点高，硬度大。 结构 O Si 立体网状结构 物理性质： 新型无机非金属材料 3、二氧化硅 × 不能与水反应生成硅酸 具有酸性氧化物的性质 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+CaO CaSiO3 高温 SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2 ↑ 高温 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ 高温 Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 化学性质 化学性质很稳定，不活泼。 新型无机非金属材料 3、二氧化硅 雕刻玻璃 实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！ SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 特性 化学性质 新型无机非金属材料 3、二氧化硅 SiO2 CO2 物理性质 无色或白色固体，熔点高、硬度大、不溶于水 无色无味气体，密度比空气大，能溶于水 化学性质 与水反应 不反应 与碱反应 与碳反应 特性 SiO2+2C ===== Si+2CO↑ 高温 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O CO2 + H2O H2CO3 CO2 (少量)+ 2NaOH = Na2CO3 + H2O CO2 （过量）+NaOH = NaHCO3 CO2+C ====== 2CO 高温 SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O 保存NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞 新型无机非金属材料 3、二氧化硅 用途 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。 光导纤维（通信） 水晶、玛瑙 玻璃仪器 精美瓷器 新型无机非金属材料 4、硅酸 白色胶状固体，不溶于水。 弱酸性：酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊溶液变红。 不稳定性：受热易分解，H2SiO3 SiO2 + H2O（工业制硅胶）。 制备（强酸制弱酸）： Na2SiO3 + 2HCl === 2NaCl + H2SiO3 ↓ Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3 ↓ + Na2CO3 △ 新型无机非金属材料 4、硅酸 催化剂的载体 干燥剂 硅胶的用途 硅酸干凝胶 “硅胶”SiO2•nH2O 硅酸溶胶→硅酸凝胶→硅酸干凝胶即为 “硅胶”（ H2SiO3 和SiO2的混合物 ） 新型无机非金属材料 4、硅酸 1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ 2、某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应，能否推断SiO2为两性氧化物? 不正确。 二氧化硅不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。 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 新型无机非金属材料 4、硅酸 硅酸的制备 新型无机非金属材料 4、硅酸 如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？ CaCO3 盐酸 饱和Na2SiO3溶液 CO2(HCl) 排除干扰 酸性： H2CO3>H2SiO3 新型无机非金属材料 饱和 NaHCO3 溶液 饱和Na2SiO3溶液 CaCO3 盐酸 CO2(HCl) CO2 Na2SiO3 + CO2+H2O = H2SiO3 ↓ + 2NaCl 如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？ 4、硅酸 新型无机非金属材料 5、新型无机非金属材料的发展 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 ___________ 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷； 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 用于电力、交通、医疗等领域 碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、 抗氧化 耐高温、抗氧化、 耐腐蚀 能实现机械能和电能 的相互转化 具有优异的光学性能、 耐高温、绝缘性好 临界温度下具有超导性 新型无机非金属材料 碳纳米材料 主要包括富勒烯、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。 碳纳米管可看成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。 新型无机非金属材料 碳纳米管可看成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。 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 新型无机非金属材料 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 新型无机非金属材料 富勒烯 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。 课堂总结与练习 03 知识小结 知识小结 H2O+CO2/HCl Si Na2SiO3 SiO2 H2SiO3 O2 /△ F2 Na2O、NaOH NaOH 物质类别 化 合 价 单质 氧化物 盐 含氧酸 0 +4 酸碱转化 氧化还原转化 Na2CO3 C/高温 SiF4 HF HF NaOH SiCl4 Cl2 H2 氯化物 △ 硅元素的价类图 SiHCl3 HCl H2 +2 课后作业 1.判断正误： (1)硅在自然界中只以化合态的形式存在(　　) (2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料(　　) (3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维(　　) (4)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4(　　) (5)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸(　　) (6)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱(　　) √ × × √ × × 课后作业 2、碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是(　　) C A.碳纳米管属于胶体 B.石墨烯属于有机化合物 C.C60与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点 课后作业 3.下列说法中，正确的是( ) A.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，所以二氧化硅能和水反应生成硅酸 B.泡花碱属于盐类，水溶液俗称水玻璃，可用于生产黏合剂和防火剂；硅胶可做干燥剂 C. SiO2可与氢氟酸反应,所以也能与盐酸反应 D. Si和SiO2都用于制造光导纤维 B 课后作业 4.C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素，下列有关说法中正确的是（ ） A．三种元素在自然界中既有游离态又有化合态 B．元素的＋4价氧化物都属于酸性氧化物，都能与碱反应而不能与任何酸反应 C．最低价的气态氢化物都具有还原性，易与O2发生反应 D．其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：H2SO4＞H2SiO3＞H2CO3 C 课后作业 5.SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质（如图）。下列说法错误的是（　　） A．图所含反应都不属于氧化还原反应 B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料 C．用盐酸可除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙 D．高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣 A 谢谢大家 POWERPOINT DESIGN $$