5.3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)
　无机非金属材料
美国的硅谷——位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。由于它集中了全世界９0％以上的著名半导体公司（思科、英特尔、惠普、朗讯、苹果） ，而半导体的基本元件是硅片，所以该地区被称为“硅谷”。该地区客观上成为美国高新技术的摇篮，
现在硅谷已成为世界各国半导体工业聚集区的代名词。也是高新科技的象征。
硅谷 silicon valley
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。
材料按照化学组成和特性来分：
无机非金属材料
金属材料
高分子材料：
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
塑料、合成橡胶、合成纤维
组成
性能
应用
传统无机非金属材料——硅酸盐材料
CHUAN TONG WU JI FEI JIN SHU CAI LIAO——GUI SUAN YAN CAI LIAO
01
传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
产品 原料 主要成分 应用
陶瓷 _______(含水的铝硅酸盐)
玻璃 普通玻璃：
水泥
黏土
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料
黏土和石灰石以及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
传说很久很久以前，地中海沿岸的贝鲁斯河口旁，有一块美丽的沙洲。有一天，一艘贩运纯碱的腓尼基人的商船在这里搁浅了。大家从船上搬来大锅，又扛了几块纯碱，用纯碱支着锅做起饭来。饭熟后，商人们惊奇地发现“灶”变成了晶莹透明的固体。聪明的腓尼基人在无意中发现了这个秘密，就开始生产这种晶莹透明的固体，由此发了大财。你可知道这种晶莹透明的固体是什么？为什么会有如此变化？
小故事
现代工业制玻璃时除了用纯碱、石英之外，还用到了石灰石。
已知玻璃的成分有Na2SiO3，CaSiO3 ，SiO2，请用化学方程式表述出玻璃的制备原理。
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑，
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑。
为什么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？
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。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
02
新型无机非金属材料
XIN XING WU JI FEI JIN SHU CAI LIAO
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
二、新型陶瓷
三、碳纳米材料
1、硅元素的存在与结构
翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。
硅
硅的原子结构
硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。
Si
+14
8
4
2
+6
4
2
C
硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位
存在：硅元素含量在地壳中居第二位。
硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
硅酸盐矿石
水晶（ SiO2 ）
玛瑙（ SiO2 ）
硅的物理性质：
1）灰黑色固体，有金属光泽
2）熔、沸点高、硬度大
3）晶体硅是良好的半导体材料
硅的用途
芯片、太阳能电池
硅的工业制取
高温
SiO2+2C === Si+2CO↑
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.存在与用途
SiO2
是沙子、水晶、石英、玛瑙的主要成分，可用于制光导纤维
⑴ 存在形式
硅藻土
石英、水晶、玛瑙、沙子
结晶形：
无定形：
统称硅石
空间构型：硅氧四面体（空间网状）
熔沸点高、硬度大、不溶于水
⑵ 物理性质
(3) SiO2用途：
光导纤维、石英坩埚、建筑材料、电器部件
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。
（4）化学性质（通性和特性）
与碱性氧化物反应生成盐
SiO2 + CaO == CaSiO3
高温
与强碱反应生成盐和水
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 +H2O
③与HF的反应（ SiO2的特性）
SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O
②不与水反应
与某些盐的反应
SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2↑
高温
①酸性氧化物
思考与交流
1、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。
SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O
3、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？
错。因为SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O，生成的SiF4 不属于盐。
4、如何除去SiO2中混有的CaO杂质？
HCl
5、中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。
(1)“龙芯”1号(芯片)的主要化学成分是________。
(2)互联网使用的数据传输材料叫________，主要化学成分是________。
(3)秦兵马俑制品的主要生产原料是________，主要成分为________。
硅
光导纤维
二氧化硅
黏土
硅酸盐
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
二、新型陶瓷
三、碳纳米材料
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
阅读P23新型陶瓷
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
二、新型陶瓷
三、碳纳米材料
碳纳米材料
富勒烯
碳纳米管
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60
开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
是由石墨片层卷成的管状物
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
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面
【课堂回眸】