5.3 无机非金属材料 课件 2024-2025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 传统硅酸盐材料和新型无机非金属材料 新课引入 思考与交流：结合视频及教材，讨论回答以下问题 1.材料的分类 新课引入 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维等 材料按照化学组成和特性来分： 无机非金属材料 金属材料 有机高分子材料： 复合材料 【思考】传统无机非金属材料由什么元素组成？有什么性质？ 查阅课本等相关资料，归纳硅酸盐的概念、结构及特性。 一 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 硅酸盐结构 Si和O构成了硅氧四面体；每个Si结合4个 O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多四面体通过顶角的O相互连接；每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。 大多具有耐高温、抗腐蚀、硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定等特点。 硅酸盐性质 硅酸盐定义： 由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。 Na2SiO3、K2SiO3 易溶于水 决 定 1.陶瓷 用途：建筑材料、 绝缘材料、 日用器皿、 卫生洁具等 我国古代烧制的精美瓷器 高压输电线路使用了陶瓷绝缘材料 人面鱼纹彩陶盆 一 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 黏土 （含水的铝硅酸盐） 高温烧结 陶瓷窑 陶瓷 （铝硅酸盐） 日用碗、勺、杯、盘等 卫生洁具 课外拓展 中国是瓷器的故乡，至宋代时，是瓷业最为繁荣的时期。当时的官窑、汝窑、哥窑、钧窑和定窑并称为宋代五大名窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。 官窑弦纹瓶 汝窑天蓝釉螭龙双耳瓶 哥窑贯耳瓶 钧窑紫红斑小盏 定窑刻花盘口壶 2.玻璃 一 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 玻璃窑 石英砂 （SiO2） 纯碱 （Na2CO3） 石灰石 （CaCO3） 混合、粉碎 高温熔融 玻璃 （Na2SiO3、CaSiO3、SiO2） SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑ 生产建筑材料、光学仪器和各种器皿。 应用 资料卡片 含铅原料的光学玻璃 含硼酸盐耐化学腐蚀、耐温度剧变的玻璃 含金属氧化物的彩色玻璃 原料： 设备： 条件： 主要成分： 用途： 黏土、石灰石 石膏（调节水泥硬化速率） 水泥回转窑 高温煅烧，发生复杂的物理和化学变化 硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙 一 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 3.水泥 水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程 二 新型非金属材料 随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。 高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料。 一些材料含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。 （1）存在与结构 硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以 及 的形式存在。 1.硅 氧化物 硅酸盐 二 新型非金属材料 沙子（SiO2） 水晶（SiO2） 橄榄石（硅酸盐） 长石（硅酸盐） 玛瑙 11 Si +14 8 4 2 硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，是应用最广泛的半导体材料。 （2）硅元素在元素周期表中的位置 1.硅 二 新型非金属材料 第三周期、第IVA族 处于金属和非金属的过渡位置 （3）粗硅的制备 1.硅 二 新型非金属材料 SiO2＋2C Si＋2CO↑ 　 == 高温 不是CO2！ 硅的物理性质：晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高。 98%的粗硅不能满足半导体材料的要求，其中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。 但是。。。 （4）高纯硅的制备 1.硅 二 新型非金属材料 ③H2 ① 焦炭 ②HCl ① SiO2 + 2C Si(粗) + 2CO↑ 1800 0C ~ 2000 0C ② Si + 3HCl SiHCl3 + H2 300 0C ③ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 1100 0C （高纯硅 99.9999999％） 用途：高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。制成计算机芯片以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。 2.二氧硅 二 新型非金属材料 （1）二氧化硅的结构 硬度大、熔沸点高，常温下为固体、难溶于水、不导电。 不存在二氧化硅分子，只是硅、氧的原子个数比为1:2。 （2）二氧化硅的物理性质 二 新型非金属材料 ①酸性氧化物的通性 SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O 与碱溶液反应： 资料卡片：Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。 实验室盛放碱溶液的试剂瓶， 不能用玻璃塞，应使用橡胶塞。 与碱性氧化物反应生成盐： SiO2 + CaO == CaSiO3 2.二氧硅 （3）二氧化硅的化学性质 不能与水反应得到相应的硅酸。 思考与交流：那如何制得硅酸呢？ Na2SiO3 + 2HCl === 2NaCl + H2SiO3 ↓ 原理：较强酸制较弱酸。 干燥剂 Na2SiO3 + CO2 + H2O === H2SiO3 ↓ + Na2CO3 2.二氧硅 （3）二氧化硅的化学性质 ②与某些盐的反应 ： 这两个反应为工业制玻璃的主要反应 SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2↑ 、SiO2 + CaCO3 == CaSiO3 + CO2↑ 高温 高温 ③特性： 氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4和H2O。 SiO2 + 4HF ==SiF4↑ + 2H2O （刻蚀玻璃） 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。广泛应用于信息技术和新能源技术领域。 （4）二氧化硅的用途 二 新型非金属材料 二 新型非金属材料 3.新型陶瓷 4.碳纳米材料 详见课本 1. 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 随堂练习 2.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 随堂练习 3.由下列实验事实得出的结论正确的是( ) A. 因为Na2CO3＋SiO2 === Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强。 B.由SiO2＋2C === Si＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅。 C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色胶状沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3。 D.实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶应使用橡胶塞而不是玻璃塞，可以用氢氟酸溶液蚀玻璃生产磨砂或雕花玻璃，因此可以推出：SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物。 高温 高温 C 随堂练习 课堂小结 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 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？ Lavf58.46.101 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.6 $$