2021-2022学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册5.3无机非金属材料 课件

组织建设
2021-2022学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册
　第三节　无机非金属材料
【学习目标与核心素养】
1、了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途、
知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的作用。
2、了解晶体硅、SiO2、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非
金属材料的奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用。
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。
学习目标
阅读教材P19第一自然段思考并回答下列问题：
1.材料的分类？
2.无机非金属材料的组成元素？
3.无机非金属材料的性能特点？
【学生活动一】
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。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，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。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。
1.传统无机非金属材料成分什么？
2.硅酸盐材料有何特点？请从结构角度加以解释.
阅读教材P19硅酸盐材料思考并回答下列问题：
3.传统无机非金属材料哪些？
硅酸盐
【学生活动 二 】
硅酸盐的结构
在硅酸盐中，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。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。
【资料卡片】
一、 硅酸盐材料
----传统无机非金属材料
陶瓷
玻璃
水泥
1.陶瓷的原料是什么？
2.陶瓷的性能？
阅读教材20页 1 陶瓷 ，结合日常接触的陶瓷器皿思考并回答下列问题：
3.陶瓷的主要用途？
【学生活动 三 】
一、 硅酸盐材料
1、陶瓷
陶瓷
原料：
历史
应用：
黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)
青花瓷、唐三彩
生产建筑材料、
绝缘材料、
日用器皿、
卫生洁具等
China
反应条件：
高温烧结
瓷都
熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定
唐三彩
1.普通玻璃的主要成分是什么？
3.玻璃的性能？
阅读教材20页 2 玻璃 ，结合日常接触的玻璃
思考并回答下列问题：
4.玻璃的主要用途？
2.生产普通玻璃的原料是什么？
【学生活动 四 】
一、 硅酸盐材料
------传统无机非金属材料
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、
光学仪器、
各种器皿，
制造玻璃纤维用于高强度复合材料等
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
2、玻璃
透光性好、硬度大、无固定熔点
普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗?
【思考与交流】
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
普通玻璃加热近熔化再急速冷却得钢化玻璃
钢化玻璃
不同性能的玻璃
【资料卡片】
1.生产普通硅酸盐水泥的主要原料是什么？
3.水泥的性能？
阅读教材21页 3 水泥 ，结合对水泥的了解思考并回答下列问题：
4.水泥的主要用途？
2.加石膏的目的是什么？
【学生活动 五 】
水泥
原料
工业设备
黏土和石灰石
水泥回转窑
混凝土
水泥、沙子和碎石等与水混合
石膏的作用
条件
高温煅烧
调节水泥硬化速率
一、 硅酸盐材料
------传统无机非金属材料
3、水泥
遇水逐渐变硬（水硬性）、硬化后性质稳定
1.晶体硅的性能？主要用途？
3.如何制取粗硅？产物是什么？为什么？试写出化学方程式。
阅读教材21、22页 新型无机非金属材料 1 硅和二氧化硅 思考并回答下列问题：
4.如何由粗硅制取高纯硅？试写出相关的化学方程式。
2.二氧化硅的性能？主要用途？
【学生活动 六 】
1.硅和二氧化硅
(1) 硅元素的存在与结构
存在
含量
存在形态
地壳中
居第___位
_________
__________
二
氧化物
和硅酸盐
二、 新型无机非金属材料
第三周期、
第ⅣA族
自然界的硅：不存在单质硅
二、 新型无机非金属材料
半导体材料、
(2) 硅的应用
(3) 硅的工业制取
高温
SiO2+2C === Si+2CO↑
计算机芯片、硅太阳能电池等
导电性介于导体和绝缘体之间
硅晶片用于生产芯片
【资料卡片】
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。
SiO2+2C ========= Si+2CO↑
1800~2000 ℃
Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑
300 ℃
SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl
1100 ℃
1.硅和二氧化硅
(4) 二氧化硅
二、 新型无机非金属材料
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。
性质稳定、透光性好
沙子
石英砂
玛瑙
水晶
SiO2
二氧化硅
----酸性氧化物
与碱性氧化物：
与碱：
与盐：
SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O
SiO 2+ Na2CO3 = Na2SiO3+CO2↑
高温
SiO2+ CaO = CaSiO3
高温
盛NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞
与氢氟酸HF反应
——常用于雕刻玻璃
SiO2 +4HF＝SiF4↑ + 2H2O
二氧化硅特性：
1.新型陶瓷的性能？主要用途？
阅读教材22页 新型无机非金属材料 2 新型陶瓷思考并回答下列问题：
2.碳化硅的结构？性能？主要用途？
【学生活动 六 】
战斗机上应用了陶瓷材料
2.新型陶瓷
二、 新型无机非金属材料
结构
性能
高温抗氧化性能
碳原子和硅原子通过共价键连接
硬度大
砂纸和砂轮的磨料
耐高温结构材料
耐高温半导体材料
碳化硅陶瓷
分别具有光学、热学、电学、磁学等方面的性质
【科学·技术·社会】
压电陶瓷：
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。
超导陶瓷：
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。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。
高温结构陶瓷
透明陶瓷
压电陶瓷
超导陶瓷
新型陶瓷
氧化铝陶瓷
二氧化锆
结构陶瓷
氮化硅陶瓷
几种新型陶瓷
1.碳纳米材料主要包括哪些物质？主要用途？
阅读教材23、24页 新型无机非金属材料 3 碳纳米材料思考并回答下列问题：
3.石墨烯的性能？主要用途？
2.碳纳米管的性能？主要用途？
【学生活动 七 】
3.碳纳米材料
二、 新型无机非金属材料
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。
——富勒烯
3.碳纳米材料
二、 新型无机非金属材料
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。
——碳纳米管
3.碳纳米材料
二、 新型无机非金属材料
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
3.碳纳米材料
二、 新型无机非金属材料
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。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}分类
名称
性能
主要用途
传统
硅酸盐
材料
陶瓷
玻璃
水泥
熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定
建筑材料、日用器皿、卫生洁具等
透光性好、硬度大、无固定熔点
遇水逐渐变硬（水硬性）、硬化后性质稳定
建筑材料、各种器皿、光学仪器等
大量用于建筑、水利、道路等工程
【小结 】
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}分类
名称
性能
主要用途
新型
无机
非金属
材料
晶体硅
二氧化硅
新型陶瓷
碳纳米管
石墨烯
导电性介于导体和绝缘体之间
半导体材料、计算机芯片、太阳能电池等
性质稳定、透光性好
分别具有光学、热学、电学、磁学等方面的特性
光导纤维、玻璃仪器、装饰品等
分别用于激光、火箭发动机、压电陶瓷（点火器）、磁悬浮技术、人工关节等
比表面积大、电学性能好、强度大
传感器、电池、复合材料等
电阻率低、热导率高、强度大
光电器件、超级电容、电池、复合材料等