第五章 第三节 无机非金属材料 课件 （25张ppt） 2022-2023学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

(共25张PPT)
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
材料的分类
金属材料
材料
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
(以硅酸盐材料为主)
1.三大传统硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥
玻璃
水泥
陶瓷
一、传统无机非金属材料-硅酸盐材料
陶瓷
陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。它是以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）为原料。
玻璃
反应原理：
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
有色玻璃
钢化玻璃
加入不同的金属氧化物
普通玻璃加热近熔化再急速冷却
主要原料：黏土和石灰石（石膏）
生产设备：水泥回转窑
用途：水泥、沙子和碎石等与水混合可以得
到混凝土
三峡大坝
水泥
无机非金属材料
硅酸盐产品
陶瓷
水泥
玻璃
陶瓷：原料——黏土
玻璃：原料——纯碱、石灰石和石英；
水泥：原料——黏土和石灰石； 加适量石膏；
【归纳】硅酸盐产品：陶瓷、玻璃、水泥
①概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称；
2.硅酸盐的组成、结构和性质：
③性质：
大多数难溶于水，可溶性硅酸盐如Na2SiO3，K2SiO3等。
硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
②结构：
在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体
硅在自然界中只有化合态，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
硅酸盐矿石
水晶、石英（ SiO2 ）
玛瑙（ SiO2 ）
二、新型无机非金属材料
岩石
沙子
土壤
1.硅
硅元素含量仅此于氧，位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。
单质硅是灰黑色具有金属光泽的固体。
Si
+14
8
4
2
主要形成四价的化合物
(1)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,硅是信息技术的关键材料
硅太阳能电池
半导体材料
硅芯片
第三周期、第IV A族，处于金属和非金属的过渡位置
【思考】根据元素周期表中硅的位置，为什么硅能成为应
用最为广泛的半导体材料？
(2)硅的制备
SiO2+2C == Si+2CO ↑
高温
Si+3HCl == SiHCl3+H2
300℃
SiHCl3+H2 == Si+3HCl （高纯硅）
高温
第一步：制粗硅
第二步：粗硅提纯
(3)化学性质
a.常温下，化学性质稳定
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
b.与强碱反应
c.加热时能与某些非金属单质反应
水晶
玛瑙
石英
沙子
生活中的二氧化硅
(1)物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大 ，不导电
SiO2是原子晶体；硬度大、熔点高是原子晶体的特点
1mol 二氧化硅中含4mol Si-O键
2.二氧化硅SiO2
(2)结构:
a.酸性氧化物
①与碱溶液反应：SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
②与碱性氧化物反应：SiO2 + CaO CaSiO3
③与某些盐反应：
(2)SiO2的化学性质
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
制玻璃
【注意】①Na2SiO3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。
②酸性：碳酸>硅酸
SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O
——唯一能与SiO2反应的酸
用途：刻蚀玻璃
(2)SiO2的化学性质
b.特性：与HF反应
【思考】某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应
推断SiO2为两性氧化物.是否正确
不正确，SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O
光导纤维
(3)SiO2的用途
石英坩埚（ SiO2 ）
沙子作建材
装饰品
3.新型陶瓷
高温陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
碳化硅（SiC）俗称金刚砂
硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
还具有优异的高温抗氧化性能，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
超导陶瓷
富勒烯C60
石墨烯
碳纳米管
（单壁）
碳纳米管
（多壁）
4.碳纳米材料：碳单质的同素异形体
1. 下列有关无机非金属材料的说法错误的是（ ）
A. 氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B. 碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可制作耐高温轴承
C. 富勒烯C60是一种新型化合物
D. 超导陶瓷在某一临界温度下电阻为零，可用于磁悬浮技术
C
2.利用“强酸制弱酸”原理可用来设计酸性强弱比较的实验，如比较HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱：
（1）分液漏斗所盛试剂是稀盐酸，锥形瓶所盛试剂是______________，装置A中反应的化学方程式是_____________________________________________。
（2）装置B所盛试剂是饱和NaHCO3溶液，其作用是：
_____________________________________。
（3）装置C所盛试剂是_____________，C中反应的离子方程式是
___________________________________。
（4）结论：HCl、H2CO3、H2SiO3酸性强弱：________＞________＞________。
能否说明非金属性：Cl > C > Si ？
Na2CO3溶液
Na2CO3 + 2HCl === 2NaCl + CO2↑+ H2O
除去盐酸中挥发出的HCl气体
Na2SiO3溶液
HCl H2CO3 H2SiO3