第五章第三节《无机非金属材料》 课件（20张ppt）2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

(共20张PPT)
第三节 无机非金属材料
硅元素的存在与结构
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2位
第三周期、第ⅣA族
氧化物和硅酸盐
硅是亲氧元素，自然界中无游离态单质硅，常以化合态存在，主要形式为二氧化硅和硅酸盐。
硅酸盐在自然界的存在
岩石
沙子
土壤
二氧化硅在自然界的存在
玛瑙
石英
水晶
硅酸盐
多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
（1）硅酸盐的性质：
（2）最简单的硅酸盐：Na2SiO3
其水溶液俗称：水玻璃，具有粘性和阻燃性。
用途：黏胶剂、木材防火剂
3.传统的三大硅酸盐产品
陶瓷
玻璃
水泥
瓷器文化·千年传承（china）
原始青瓷
故宫珍宝瓷
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂（SiO2）
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、
光学仪器、
各种器皿，
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
反应条件：
高温熔融
反应方程式：
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3+CO2↑
制造玻璃纤维、用于高强度复合材料等
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
（1）硅的物理性质：灰黑色、具有金属光泽的固体
1．硅和二氧化硅
（2）硅的用途：半导体材料、用于生产电子设备的芯片，太阳能电池等
SiO2
Si
点沙成金
二、新型无机非金属材料
(3)硅的工业制备
SiO2+2C ============= Si+2CO↑
1800~2000 ℃
Si+3HCl ======= SiHCl3+H2
300 ℃
SiHCl3+H2 ======== Si+3HCl
1100 ℃
1．硅和二氧化硅
熔沸点高、硬度大、不溶于水
（1）二氧化硅的物理性质：
（2）二氧化硅的用途：
光导纤维、石英坩埚
二氧化硅的用途
SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。
光导纤维（通信）
石英坩埚
玻璃仪器
精美瓷器
化学稳定性：
化学性质很稳定，不活泼。
结构
O
Si
立体网状结构
二氧化硅
（1）酸性氧化物
+ 碱性氧化物：
+ 碱：
+ 水：不反应
（1) 化学性质
SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O
SiO2+ CaO = CaSiO3
高温
与氢氟酸HF反应
——常用于雕刻玻璃
SiO2 +4HF＝SiF4↑ + 2H2O
（3）特性：
（2）氧化性：
SiO2+2C ==== Si+2CO↑
高温
2. 新型陶瓷
新型陶瓷
组成
特性和功能
不再限于传统的硅酸盐体系
在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
实例
SiC
俗称
金刚石
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
具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料
3. 碳纳米材料
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。
1991年，日本化学家饭岛博士在对石墨电弧放电实验时，发现了有单层、多层石墨卷曲而成的碳纳米碳管。
纳米碳管的发现也给材料研究带来了新的变革。
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。
富勒烯
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。
纳米车的轮子可滚动
电子显微镜下观察到的纳米汽车
“冬奥会”
演员服饰用上石墨烯 智能发热防寒保暖
石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
石墨烯
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。