5.3.2 新型无机非金属材料（备课件）-同步备课课件(共20张PPT)（人教版2019必修第二册）

(共20张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属元素
第3节 无机非金属材料
5.3.2 新型无机非金属材料
1.通过学习，了解晶体硅、二氧化硅、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在高科技领域所发挥的重要作用，激发学习化学的兴趣
2.结合身边的生活用品、电子产品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学习化学、投身国家建设的社会责任感。
学习目标
二氧化硅
难溶于水，熔点高，硬度大。
化学稳定性：
化学性质很稳定，不活泼。
SiO2
结构
O
Si
立体网状结构
物理性质：
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
SiO2
二氧化碳 二氧化硅
水
碱
碱性氧化物
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O
化学性质
SiO2+CaO=CaSiO3
高温
因为玻璃中含有SiO2，会与NaOH溶液反应生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘在一起而打不开。
SiO2
实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡
皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗
思考
酸性氧化物
二氧化碳 二氧化硅
水
碱
碱性氧化物
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O
化学性质
SiO2+CaO=CaSiO3
高温
SiO2
HF
不反应
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
特性
刻蚀玻璃
在玻璃表面涂上一层石蜡
在石蜡上雕刻出花纹，向挖空部分加少量氢氟酸
洗掉酸并去掉石蜡
①
②
③
【玻璃雕刻步骤】
思考：实验室能否用玻璃瓶盛装氢氟酸（HF）？
注意：实验室用塑料瓶来盛装HF。
二氧化碳 二氧化硅
水
碱
碱性氧化物
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 +H2O
化学性质
SiO2+CaO=CaSiO3
高温
HF
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反应
CO2 +H2O+Na2CO3 === 2NaHCO3
SiO2+Na2CO3 ==== Na2SiO3+CO2↑
高温
SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑
高温
碳
CO2+C=2CO
SiO2+2C ==== Si+2CO↑
高温
碳酸盐
SiO2
存在形态
天然二氧化硅
（占地壳质量的12%）
结晶形
无定形
硅石
石英
水晶
玛瑙
硅藻土
1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？
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。
二氧化硅不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。
思考交流
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
SiO2
SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O
分类——酸性氧化物
价态——最高价(氧化性)
特性——与氢氟酸反应
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
SiO2＋2C===Si+2CO↑
SiO2＋CaO===CaSiO3
SiO2
高温
高温
二氧化硅的化学性质
组织建设
如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？
CaCO3
盐酸
饱和Na2SiO3溶液
CO2(HCl)
排除干扰
酸性： H2CO3>H2SiO3
组织建设
自主探究
如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？
饱和Na2SiO3溶液
CaCO3
盐酸
CO2(HCl)
饱和 NaHCO3 溶液
组织建设
自主探究
如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？
饱和Na2SiO3溶液
CaCO3
盐酸
CO2(HCl)
CO2
Na2SiO3 + CO2+H2O = H2SiO3(胶体)+ 2NaCl
硅胶
硅酸
聚合
硅酸凝胶
干燥脱水
硅酸干凝胶
“硅胶”
硅胶的用途：
食品、药品的干燥剂
催化剂的载体
Si
Na2SiO3
SiO2
H2SiO3
O2 /△
F2
Na2O、NaOH
H2O+CO2/HCl
NaOH
物质类别
化
合
价
单质
氧化物
盐
含氧酸
0
+4
酸碱转化
氧化还原转化
Na2CO3
C/高温
SiF4
HF
HF
NaOH
SiCl4
Cl2
H2
氯化物
△
硅元素的价类图
SiHCl3
HCl
H2
+2
阅读P23新型陶瓷
二、新型陶瓷
新型陶瓷
组成
不再限于传统的硅酸盐体系
特性和功能
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
俗称金刚砂
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
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，
在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。
类 型 组 成 性 能 用 途
高温结 构陶瓷 碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物 耐高温、抗氧化、耐磨蚀等 火箭或汽车的发动
机、高温电极材料
压电陶瓷 钛酸盐和锆酸盐等 实现机械能与电能的相互转化 滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器等
透明陶瓷 氧化铝、氧化钇或氮化铝、氟化钙 具有优异的光学性能,耐高温,绝缘性好 高压钠灯、激光器、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 电力、交通、医疗等领域
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
阅读P23、24碳纳米材料
碳纳米材料
物质 结构 性质 用途
富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称（代表物C60） 具有超导性能 在电学、磁学、光学等方面都有重要应用
碳纳 米管 可看成是由石墨片层卷成的管状物， 具有纳米尺度的直径 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 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 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
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。
课堂总结
一、硅酸盐材料
（1）陶瓷 （2）玻璃 （3）水泥
（1）硅和二氧化硫
（2）新型陶瓷
SiO2+2C=======Si+2CO
Si+3HCl=======SiHCl3+H2
SiHCl3+H2=======Si+3HCI
1800~2000℃
300℃
1100℃
二、新型无机非金属材料