5.3.无机非金属材料课件(共39张PPT)2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

(共39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
（按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
一、硅酸盐材料
传统无机非金属材料--硅酸盐材料
陶瓷
玻璃
水泥
陶瓷
水泥
玻璃
一、硅酸盐材料
传统无机非金属材料
陶瓷
原料
历史
应用
黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)
青花瓷、唐三彩
生产建筑材料、
绝缘材料、
日用器皿、
卫生洁具等
China
反应条件
高温烧结
瓷都
一、硅酸盐材料
传统无机非金属材料
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
一、硅酸盐材料
传统无机非金属材料
玻璃
原料
工业设备
应用
纯碱、石灰石和石英砂
玻璃窑
主要成分
生产建筑材料、
光学仪器、
各种器皿，
制造玻璃纤维用于高强度复合材料等
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
玻璃无固定的熔沸点。
【微思考】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反应 试写出反应的化学方程式。
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
加入元素或物质 玻璃特性 用途
含铅原料 光学玻璃:透光性好,折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜
硼酸盐 耐化学腐蚀、耐温度急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器
金属氧化物或盐 彩色玻璃 用于建筑和装饰
特种玻璃
（Co2O3、CuO）
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
【思考】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？
1、概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称；
（一）硅酸盐的组成、结构和性质：
硅酸盐材料
3、性质：
大多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
可溶性硅酸盐如Na2SiO3，K2SiO3等。
2、结构：
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧 结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 个O，每个O结合 个Si
四面体
4
2
Na2SiO3的性质
白色晶体，水溶液俗称“水玻璃”。
常用作：粘合剂，防腐剂、防火剂。
水玻璃是一种无色粘稠的液体，显碱性，易吸收空气中的CO2生成硅酸白色胶状沉淀。
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
Na2SiO3 + CO2+H2O= H2SiO3↓+ Na2CO3
▲硅酸钠要密封保存
结论：硅酸是弱酸，酸性比碳酸弱
4、表示方法：
⑴化学式法：
适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3、 CaSiO3等。
⑵氧化物法：
金属氧化物·SiO2 ·水。
系数：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则。
硅酸钠：Na2SiO3 Na2O·SiO2
硅酸钙：CaSiO3 CaO·SiO2
（一）硅和二氧化硅
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___位 _________ __________ _______
_______
二
氧化物
和硅酸盐
第三周期、
第ⅣA族
二、新型无机非金属材料
1.1硅元素的存在与结构
结构类似金刚石
自然界中的硅：
硅酸盐矿石
水晶（ SiO2 ）
玛瑙（ SiO2 ）
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。
1.2硅的物理性质
⑴灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体
⑵熔、沸点高、硬度大
⑶晶体硅是良好的半导体
1.3硅的化学性质
1.常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：O2、Cl2、硫酸等起反应，
但在加热条件下，能跟一些非金属反应。
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
2.加热时能与某些非金属单质反应
Si+O2==SiO2
Si+2Cl2 == SiCl4
1.4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 ℃
1.5 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。应用于集成电路、晶体管、硅芯片、太阳能电池等
硅太阳能电池
电脑中央处理器（CPU）
二氧化硅
2.1二氧化硅（ SiO2）存在形式
二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英、玛瑙、水晶、硅藻土等的主要成分都是二氧化硅。
硅藻土
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
根据SiO2的结构及CO2性质,判断SiO2的物理性质和化学性质
2.2二氧化硅（ SiO2）的晶体结构
二氧化碳 二氧化硅
状态
水溶性
化 学 性 质 与水 反应
与碱 反应
与碱性氧化物 反应
与酸 反应
用 途
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+Na2O=Na2CO3
CO2+CaO=CaCO3
不反应
SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O
固 态
溶于水
气 态
难溶于水
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
人工降雨，灭火等
装饰、石英坩埚、光纤
CO2+H2O H2CO3
SiO2＋CaO = CaSiO3
高温
化学性质：
①是酸性氧化物
能与碱反应
能与碱性氧化物反应
②能与氢氟酸反应（雕刻玻璃）
2.3二氧化硅的物理、化学性质
物理性质： 白色或无色、熔沸点高、 硬度大、不溶于水
SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
SiO2＋CaO = CaSiO3
高温
1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？
2.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
2.4二氧化硅的用途
注意：
硅和二氧化硅的用途易混淆
①制造光导纤维
和石英表中的压电材料
②水晶：制造电子部件和光学仪器
(二)新型陶瓷
结构
性能
高温抗氧化性能
碳原子和硅原子通过共价键连接
硬度大
砂纸和砂轮的磨料
耐高温结构材料
耐高温半导体材料
碳化硅陶瓷
主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。
一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。
高温结构陶瓷
压电陶瓷
主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。
在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。
透明陶瓷
超导陶瓷
（三）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。
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。
富勒烯
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。
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
（3）碳纳米材料
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
当堂巩固
3.下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　　）
A．SiO2能与水反应生成硅酸
B．SiO2与CO2的结构相同
C．SiO2用于太阳能电池
D．SiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中
D
4. 下列关于硅酸的说法正确的是（　　）
A．硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得
B．可用反应Na2SiO3+2HCl === 2NaCl+H2SiO3↓制取
C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反
D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠
B
5. 能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（　　）
A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．CO2是气体，而SiO2是固体
B
1.要除去SiO2中混有的少量杂质CaCO3，最适宜的试剂是 ( )
A.水 B.盐酸
C.稀硫酸 D.氢氧化钠溶液
B
小试牛刀
2.下列物质的主要成分不是SiO2的是 ( )
A、水晶 B、玛瑙
C、沙子 D、干冰
D
3．下列关于硅和二氧化硅的性质叙述中正确的是 ( )
A.常温下O2能把Si氧化成SiO2
B．SiO2是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C．石英、水晶、海沙的主要成分都是SiO2
D．硅通常很稳定，自然界中存在单质硅
C