5.3无机非金属材料（教学课件）(共28张PPT)-2022-2023学年高一化学人教版（2019）必修第二册

(共28张PPT)
组织建设
第三节 无机非金属材料
无机非金属材料
硅氧等元素
耐高温、抗腐蚀、硬度高
特殊的光学、电学等性能
日常生活应用
航空航天领域
信息领域
新能源领域
无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为___________________和__________________两种，其中传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，通常包括陶瓷、玻璃和水泥三种
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
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
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
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
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
新型无机非金属材料
一、硅和二氧化硅
（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。
处于金属与非金属的过渡位置
半导体材料
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
（1）硅元素的存在与结构
硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位
通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？
思考交流
硅的存在形式
硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。
硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。
碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
硅的制备
⑴SiO2+2C == Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
内容解读
⑵Si+3HCl == SiHCl3+H2
高温
⑶SiHCl3+H2 == Si+3HCl （高纯硅）
高温
若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑
高温
碳化硅(俗名：金刚砂)
工业上用焦炭还原石英砂可知制得含有少量杂质的粗硅
提纯
如何制备高纯度的硅？
硅的制备
SiO2+2C == Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
内容解读
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。
知识点补充
晶体硅的用途
集成电路 　　　
晶体管
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
电脑中央处理器（CPU）
价值5元的沙子
SiO2
Si
价值5000元的芯片
点沙 成金
从沙滩到用户
晶体硅的用途
SiO2的晶体结构
晶体Si的结构
硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定
二氧化硅
二氧化硅（ SiO2）的晶体结构
物理性质：
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。
二氧化硅（ SiO2）存在形式
结晶形（石英晶体）
无定形——硅藻土
水晶
玛瑙
二氧化硅的存在
内容解读
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
P 22
拓展
雕刻玻璃，你会吗？
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！
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。
因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，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
①酸性氧化物
与碱性氧化物反应生成盐
SiO2 + CaO == CaSiO3
化学性质:
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
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
二、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
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
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
当堂巩固
1、地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质
是（ ）
A.熔点很高 B.与水反应生成对应的酸
C.可与烧碱反应生成盐 D.坚硬
2、要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（ ）
A.纯碱溶液 B.盐酸 C.硫酸 D.苛性钠溶液
B
B
3、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是 (　　)
A.传统无机非金属材料是指:光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但强度比较差
C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
【解析】选C。A项中,光导纤维是新型无机非金属材料;B项中,强度比较差是错误的;D项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。
4、硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
A.陶瓷 B.玻璃 C.水泥 D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2和CO2都属于酸性氧化物,性质相似,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为________,工艺师常用________________ (填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作________。
(4)工业上常利用反应2C+SiO2 Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的物质是______(填化学式,下同),氧化剂是________________。
【解析】(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含硅元素,不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。(4)题给反应中C(碳)被氧化,SiO2中+4价的硅被还原,因此SiO2作氧化剂。