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

第三节 无机非金属材料　 人教版必修第二册 学习目标 1．了解陶瓷、玻璃、水泥等传统无机非金属材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。 2．了解硅、二氧化硅、新型陶瓷、纳米材料的性能和用途。 学习目标 玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。 重难点 情境引入 硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。硅是一种新型无机非金属材料，这节课咱们就来学习一下无机非金属材料吧！ 思：（阅读课本19-24页，回答下列问题） 1、无机非金属材料组成元素有？其特点是？ 2、传统的无机非金属材料主要包括哪些物质，制作原料是什么，普通玻璃的主要成分是什么？ 3、在硅酸盐中，Si和O构成什么空间构型，每个Si结合几个O？硅酸盐有哪些特殊性能？ 4、新型无机非金属材料有哪些？有什么用途 5、依据硅在周期表中的位置，推测硅单质的导电性及应用。 6、写出高纯硅的制备所涉及的主要反应的化学方程式。 材料按照化学组成和特性来分： 无机非金属材料 金属材料：合金、纯金属 高分子材料： 传统无机非金属材料（硅酸盐材料） 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 材料 ①含 硅、氧等元素 ②分类 ③特点： 耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能 陶瓷 玻璃 水泥 产品 原料 主要设备 主要成分 用途 陶瓷 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) —— 硅酸盐 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃(普通) 纯碱、石灰石、石英砂 玻璃窑 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等 水泥 石灰石、黏土、适量石膏 水泥回转窑 硅酸盐 建筑和水利工程 一、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥 玻璃生产主要原理： 教过程 二、硅酸盐材料 硅氧四面体 1．概念：由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。 在硅酸盐中，Si和O构成了 ，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。其结构如右图所示。 2．结构 硅氧四面体结构的特殊性，决定了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。 3．性质 4、最简单的硅酸盐——Na2SiO3 物理性质 化学性质 俗称泡花碱，白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，有很强的黏合性。 Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3↓胶状难溶物 Na2SiO3+H2O+CO2（少量） Na2CO3+H2SiO3↓ 硅酸钠的用途 ①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂 5.硅酸H2SiO3 H2SiO3是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小,不稳定，受热易分解 H2SiO3 H2O+SiO2 硅胶 硅酸 聚合 硅酸凝胶 干燥脱水 硅酸干凝胶 “硅胶” 硅胶的用途： 食品、药品的干燥剂 催化剂的载体 二、新型无机非金属材料 1. 硅 （1）硅元素的存在、结构与物性 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，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 晶体硅 存在 原子结构示意图 周期表中位置 含量 存在形态 地壳中居第二位 氧化物和硅酸盐 第三周期、第ⅣA族 （2）硅的用途 半导体材料、芯片和 硅太阳能电池 (3) 粗硅的制取 高温 SiO2+2C === Si+2CO↑ 注意产物不是CO2 （4）高纯硅的制备 ①制备原理：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制备流程： ③反应方程式： 二、新型无机非金属材料 从沙子到芯片的奇幻之旅 2. 二氧化硅 1）物理性质——不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大 3）存在：石英、玛瑙、水晶、沙子等 4）应用：光导纤维、石英制品等 3. 新型陶瓷 结构：碳原子和硅原子通过共价键连接，类似金刚石 性能 碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，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。 4. 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，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。 富勒烯 教学过程 碳纳米管 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。碳纳米管的比表面积大，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 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。作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、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。 教堂小结 二氧化硅 硅 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.76 $$