人教版（2019）高中化学必修第二册 《5.3.1 重走硅路探硅秘——无机非金属材料》名师课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
高中化学人教版必修第二册
第五章 第三节
《重走硅路探硅秘——无机非金属材料》
探知硅秘
无机非金属材料
——多角度认识硅元素
硅
汉字文化角度：硅=石+土
1、自然界中硅元素存在：岩石、沙子、土壤中
2、硅在地壳中的含量：仅次于氧，排在第二位
探知硅秘
——多角度认识硅元素
硅
汉字文化角度：硅=石+土
1、自然界中硅元素存在：岩石、沙子、土壤中
2、硅在地壳中的含量：仅次于氧，排在第二位
【思考】已知：自然界中没有游离态的硅单质存在。为什么？
原子结构角度：
硅类比同主族元素碳
3、硅的性质稳定：最外层电子数都是4个电子，原子既不容易失电子也不容易得到电子。
无机非金属材料
探知硅秘
——多角度认识硅元素
硅
汉字文化角度：硅=石+土
1、自然界中硅元素存在：岩石、沙子、土壤中
2、硅在地壳中的含量：仅次于氧，排在第二位
原子结构角度：
硅类比同主族元素碳
3、硅的性质稳定：最外层都是4个电子，原子既不容易失电子也不容易得到电子。
化学键角度：
硅氧键键能高
化学键 键能
Si-O键 452kJ·mol-1
C-O键 358kJ·mol-1
4、硅的亲氧性：以二氧化硅和硅酸盐形式存在
无机非金属材料
探知硅秘
——多角度认识硅元素
硅
汉字文化角度：硅=石+土
1、自然界中硅元素存在：岩石、沙子、土壤中
2、硅在地壳中的含量：仅次于氧，排在第二位
原子结构角度：
硅类比同主族元素碳
3、硅的性质稳定：最外层都是4个电子，原子既不容易失电子也不容易得到电子。
化学键角度：
硅氧键键能高
4、硅的亲氧性：以二氧化硅和硅酸盐形式存在
物质结构角度：
[SiO4]四面体结构
5、硅酸盐和二氧化硅的结构：稳定的硅氧四面体
——稳定！
无机非金属材料
探知硅秘
重走硅路
——随历史走近硅酸盐材料
—多角度认识硅元素
半坡人面鱼纹彩陶盆
古埃及玻璃鱼
现代水泥
【视频】《玻璃的故事》讲述玻璃诞生的趣史
公元前4500年
玻璃的诞生
无机非金属材料
探知硅秘
重走硅路
——三大硅酸盐材料的使用和制备
—多角度认识硅元素
【活动】根据视频并阅读课本P20-21，找出三大硅酸盐材料的原料、工艺设备、和成分，归纳填写表格
传统硅酸盐材料 主要原料 主要设备 主要成分 性能
陶瓷
玻璃 水泥 公元前4500年
玻璃的诞生
近代
硅酸盐材料的使用和生产
【思考1】结合玻璃生产的原料和成分分析，烧制玻璃发生了怎样的反应？
发生了复杂的物理、化学变化，主要反应：
Na2CO3+SiO2=== Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2=== CaSiO3+CO2↑
高温
高温
无机非金属材料
【思考2】为什么三大硅酸盐材料表现出这样的性能？
黏土
纯碱、石灰石、沙子
黏土、石灰石
玻璃窑
水泥窑
硅酸盐
Na2CO3、SiO2、CaCO3
硅酸盐
硬度高、熔点高、难溶于水、耐腐蚀
结构决定性质——稳定的硅氧四面体结构
重走硅路
——玻璃刻蚀技术：二氧化硅与氢氟酸反应
公元前4500年
玻璃的诞生
近代
硅酸盐材料的使用和生产
玻璃刻蚀技术
玻璃上的骏马奔腾雕花
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
重走硅路
公元前4500年
玻璃的诞生
近代
硅酸盐材料的使用和生产
玻璃刻蚀技术
2、雕刻出花纹并向花纹部分加少量氢氟酸（HF）
1、玻璃涂上石蜡
3、洗掉酸并去掉石蜡
——玻璃刻蚀技术：二氧化硅与氢氟酸反应
主要反应：SiO2 +4HF＝SiF4↑ + 2H2O
现代玻璃
【活动】阅读课本P20资料卡片,了解特殊玻璃，选取其中感兴趣的几种，搜集更多资料课后做成知识展报。
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
重走硅路
——1970年 第一根满足信号传输的光导纤维问世
公元前4500年
玻璃的诞生
近代
硅酸盐材料的使用和生产
玻璃刻蚀技术
现代玻璃
1970年
第一根满足信号传输的光导纤维问世
SiO2制成的光导纤维
“光纤通信之父”、
诺贝尔物理学奖得主——高锟
【资料卡片】光导纤维，简称光纤，利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
王者硅来
——信息革命时代，硅Si芯片的王者之路
重走硅路
1956年基尔比发明第一块单晶硅Si集成电路
—随历史走近硅材料
华为麒麟990芯片
单晶硅切片
【资料卡片】信息技术研究和顾问公司Gartner通过调查发现仅2016年全世界手机销量就多达15亿部。
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
王者硅来
——工业制备高纯硅
【问题1】结合硅在自然界的存在形式，工业上用什么作为原料制备硅？
【问题2】从元素价态角度，要使二氧化硅转化为硅，应加入何种物质？
加入还原剂
【问题3】工业上用焦炭在高温下还原二氧化硅制取硅单质。试写出反应的化学方程式。
SiO2 + 2C
＝
高温
Si + 2CO↑
“从沙滩到用户”，用二氧化硅为原料制备硅
为什么产物不是CO2？
为什么需要高温条件？
SiO2 → Si
用力拉出氧原子！
重走硅路
—随历史走近硅材料
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
【活动】阅读课本资料卡片，了解高纯硅的制备过程。
王者硅来
——工业制备高纯硅
重走硅路
—随历史走近硅材料
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
【活动】阅读课本资料卡片，了解高纯硅的制备过程。
其中提纯硅涉及的主要化学反应为
②_________________________
③__________________________
【问题1】为什么通过这两步就能实现如此高难度的提纯要求呢？
资料卡片
SiHCl3沸点：31.8℃
启示：物质的相变对于物质的提纯有非常重要的作用
重走硅路
—随历史走近硅材料
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
王者硅来
—通信王者看硅芯片
硅路悠悠
——新型无机非金属材料的发展
1、新型陶瓷
新型材料 成分 性能 主要应用
金刚砂 ___________ 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料
高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷； 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等
超导陶瓷 — 用于电力、交通、医疗等领域
碳化硅(SiC)
硬度大、耐高温、
抗氧化
耐高温、抗氧化、
耐腐蚀
能实现机械能和电能
的相互转化
具有优异的光学性能、
耐高温、绝缘性好
临界温度下具有超导性
重走硅路
—随历史走近硅材料
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
王者硅来
—通信王者看硅芯片
概念 性能 用途
富勒烯 由 构成的一系列笼形分子的总称，如____ — 制碳纳米材料
碳纳米管 由 卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 生产复合材料、电池和传感器等
石墨烯 厚度的单层石墨 在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究
碳原子
C60
石墨片层
比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能
只有一个碳原子直径
电阻率低、热导率高，具有很高的强度
2.碳纳米材料
硅路悠悠
——新型无机非金属材料的发展
重走硅路
—随历史走近硅材料
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
王者硅来
—通信王者看硅芯片
硅路悠悠
硅路悠悠
—新材料展望无限未来
身高为2nm的碳纳米小人
世界上最小的汽车：4nm长的纳米小车
富勒烯车轮
【视频】2006年，合成了纳米小人的Tour教授，给他的小人合成了一辆世界上最小的汽车，只有4nm长，富勒烯做的车轮全部可以转动。在纳米学术界举办了一场纳米车赛。
——化学带着新材料展望无限未来
重走硅路
—随历史走近硅材料
探知硅秘
—多角度认识硅元素
无机非金属材料
王者硅来
—通信王者看硅芯片
硅路悠悠
—新材料展望无限未来
硅为一体
随堂演练　知识落实
1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是
A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C.陶瓷的主要原料是黏土
D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料
√
解析　普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。
2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是
A.这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
√
解析　水玻璃为硅酸钠溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。
随堂演练　知识落实
3.(2019·全国卷Ⅰ，7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是
A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
√
随堂演练　知识落实
随堂演练　知识落实
4.碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质，以下有关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是
A.它们的物理性质有较大差异
B.在常温下它们的化学性质都稳定
C.它们是不同的碳单质
D.它们分别完全燃烧后生成物不同
√
解析　碳纳米管和足球烯中碳原子排列方式不同，物理性质不同；它们都是碳单质，都是纯净物，在通常情况下化学性质比较稳定；二者完全燃烧时都生成二氧化碳。
随堂演练　知识落实
5.(2019·南京高一下学期开学考试)下列有关硅的说法不正确的是
A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B.硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D.加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
√
解析　A项，晶体硅常用作制造太阳能电池的材料，实现太阳能转化成电能，正确；
C项，硅的化学性质不活泼，在常温下能与F2、HF等物质发生反应，错误；
D项，在加热条件下，硅单质能与氯气、氧气等物质发生反应，正确。