第五章第3节第1课时无机非金属材料课件2021-2022学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

(共33张PPT)
第三节 无机非金属材料
课程学习目标
认识新型非金属材料的应用
3
认识硅和二氧化硅的性质及应用
2
认识传统无机非金属材料的原料、成分和应用
1
核心素养
1、通过对硅及化合物的学习培养学生论据推理与
模型认知的化学核心素养。
2、通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学
对社会可持续发展的重要的作用，培养学生科
学态度和社会责任的化学核心素养。
导入
这些地标建筑可能会用到哪些材料，列举一下。
新课展示
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。
金属材料
非金属材料
非金属材料
传统非金属材料
新型非金属材料
非金属材料
1、性能和优点
具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。
2、分类
一、传统非金属材料
传统非金属材料多为硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥三大类。
硅酸盐的结构
硅氧四面体结构
决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
1、陶瓷
陶瓷
原料
历史
应用
黏土 ( 含水的铝硅酸盐 )
青花瓷、唐三彩
China 瓷都
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
2、玻璃
玻璃
成分
原料
应用
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
纯碱、石灰石和石英砂
生产建筑材料、光学仪器、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等
SiO2
玻璃的生产
以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑
高温
高温
硅酸钙
硅酸钠
不同性能的玻璃
3、水泥
黏土
石灰石
水泥
原料
应用
条件
高温煅烧
制作混凝土、大量用于建筑和水利工程。
石膏的作用：
调节水泥硬化速率
水泥、沙子、碎石和水
二、新型非金属材料
满足科技发展的需要，应用于高端领域
1、硅
硅元素：Si
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 ________ ________ _________
_________
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
自然界的硅：不存在单质硅
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。
① SiO2 + 2C Si + 2CO↑
1800 0C ~ 2000 0C
② Si + 3HCl SiHCl3 + H2
300 0C
③ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl
1100 0C
硅的用途
半导体材料
硅晶片用于生产芯片
2、二氧化硅
沙子
石英砂
玛瑙
水晶
SiO2
二氧化硅的性质
纯净的二氧化硅晶体，是一种坚硬、脆、不溶于水的无色透明的固体
一、物理性质
二、化学性质
SiO2 属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性
① SiO2 不溶于水，不与水反应
② SiO2 可与碱性氧化物反应
SiO2 + CO2 CaSiO3
高温
③ SiO2 可与强碱反应
SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O
特性：SiO2 可与氢氟酸（HF）反应
SiO2 + 4HF SiF4↑ + 2H2O
二氧化硅的用途
光导纤维
优点：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。
3、新型陶瓷
碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，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。
高温结构陶瓷
透明陶瓷
压电陶瓷
超导陶瓷
新型陶瓷
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
碳纳米材料
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。
富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。
—— 碳纳米管
碳纳米材料
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。
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。
—— 石墨烯
碳纳米材料
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。
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。
1. 下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　　）
A．SiO2 能与水反应生成硅酸
B．SiO2 与 CO2 的结构相同
C．SiO2 用于太阳能电池
D．SiO2 与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡
胶塞的试剂瓶中
D
知识巩固
课堂练习
2. 下列关于硅酸的说法正确的是（　　）
A．硅酸可以通过 SiO2 和 H2O 化合反应直接制得
B．可用反应 Na2SiO3+2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓ 制取硅酸C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与 NaOH 溶液反应
D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠
B
课堂练习
3. 能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（　　）
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．CO2是气体，而SiO2是固体
B
课堂练习
4. 材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。
（1）硅酸盐材料是重要的传统无机非金尾材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一。下列不属于硅酸盐产品的是　 　(填写序号)
①光导纤维 ②水泥 ③玻璃 ④陶瓷
（2）玻璃是重要的建筑和装饰材料，玻璃属于　 　(填“纯净物”或“混合物”)。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式　 　。
（3）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定。工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅，该反应属于化学反应基本类型中的　 　反应；已知氮化硅中硅元素的化合价为+4价，则氮化硅的化学式为　 　。
化合
①
混合物
SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O
Si3N4
课堂练习
无机非金属材料
一、传统无机非金属材料
二、新型无机非金属材料
1、硅
2、二氧化硅
3、新型陶瓷
4、碳纳米材料
1、成分：硅酸盐
2、分类：陶瓷、玻璃、水泥
课堂总结