5.3 无机非金属材料 课件(共30张PPT)-高一化学人教版必修第二册同步课件

(共30张PPT)
无机非金属材料
第三节
[学习目标]
1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。
2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。
3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。
[重点难点]
1.玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等无机非金属材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分。
2.硅氧四面体的结构特点与硅酸盐的性质，二氧化硅的性质及应用。
情景引入
陶瓷、玻璃、水泥等传统无机非金属材料多为硅酸盐材料
目标一 硅酸盐材料
1. 无机非金属材料
主要含有硅、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。
陶瓷 玻璃 水泥砖
产品 原料 设备 主要成分 性能 用途
陶瓷 陶瓷窑 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定
玻璃 透光性好、硬度大、无固定熔点
水泥 遇水逐渐变硬(水硬性)硬化后性质稳定
黏土
黏土、石灰石、适量石膏
玻璃窑
水泥回转窑
含水的铝硅酸盐
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
建筑材料、日用器皿、卫生洁具等
建筑材料、各种器皿、光学仪器等
用于建筑和水利工程
纯碱、石灰石、 石英砂
2. 常见的硅酸盐材料
普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗
Na2CO3+SiO2 Na2SiO3 + CO2↑
高温
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高温
思考1
思考2
为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？
传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在硅酸盐中Si和O构成了硅氧四面体
结构决
定性质
二氧化硅的结构
每个Si结合4个O，Si在中心，O在4个顶角； 每个O与 2 个Si相结合。许多个这样的四面体通过顶角的O相连。二氧化硅晶体中Si和O按1∶2的比例组成立体网状结构的晶体。二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高，硬度大，不导电，不溶于水，化学性质稳定。
知识拓展
练习1
判断正误
(1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土(　　)
(2)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐(　　)
(3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(　　)
(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(　　)
√
√
√
√
练习2
硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
(1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是
。
(2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是
。
＋ 2H＋===H2SiO3↓
＋ 2CO2 ＋ 2H2O===H2SiO3↓ ＋2
(1)难溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液变红
(3)不稳定，受热易分解：
△
H2SiO3 === H2O + SiO2
硅酸（H2SiO3 ）的性质
(2)与碱反应：H2SiO3 + 2NaOH === Na2SiO3 + 2H2O
归纳总结
过渡
1. 半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”。你知道其含义吗？
2. 光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么？碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？
目标二 新型无机非金属材料
第三周期、第ⅣA族
应用最广泛的半导体材料
+16
2
8
4
(1)硅
1. 硅和二氧化硅
高温
SiO2+2C === Si+2CO↑
(2)粗硅的制取
注意产物不是CO2
SiO2+2C=========Si+2CO↑
1800~2000 ℃
Si+3HCl=====SiHCl3+H2
300 ℃
SiHCl3+H2=====Si+3HCl
1100 ℃
高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备:
其中涉及的主要反应的化学方程式是什么
思考1
硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔沸点高、硬度大、有脆性；高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。
加热
Si+O2 === SiO2
加热
Si+Cl2 === SiCl4
高温
Si+C === SiC(金刚砂)
①稳定性：常温下三反应
②还原性：加热(高温)三反应
Si+2F2 === SiF4
Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑
Si+4HF === SiF4↑+2H2↑
(与唯一酸反应)
知识拓展
硅
阅读情景素材，回答下列问题：
素材 1 SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。如SiO2与 NaOH 溶液反应可生成 Na2SiO3 。
素材 2 氢氟酸是 HF 的水溶液，可与 SiO2 发生反应生成 SiF4 气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
(1)SiO2 既能与 NaOH 溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为 SiO2 属于两性氧化物吗
提示：SiO2 不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。 SiO2 能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。
思考2
提示：不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生的化学反应为：
SiO2 +4HF === SiF4 ↑+2H2O 。
思考2
阅读情景素材，回答下列问题：
素材 1 SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。如SiO2与 NaOH 溶液反应可生成 Na2SiO3 。
素材 2 氢氟酸是 HF 的水溶液，可与 SiO2 发生反应生成 SiF4 气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸 若不能，写出化学方程式，简述理由。
思考2
阅读情景素材，回答下列问题：
素材 1 SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。如SiO2与 NaOH 溶液反应可生成 Na2SiO3 。
素材 2 氢氟酸是 HF 的水溶液，可与 SiO2 发生反应生成 SiF4 气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
(3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
提示：NaOH 能与磨口玻璃塞中的 SiO2 反应，生成具有黏性的 Na2SiO3 ，把瓶塞与瓶口黏结在一起。
思考2
阅读情景素材，回答下列问题：
素材 1 SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。如SiO2与 NaOH 溶液反应可生成 Na2SiO3 。
素材 2 氢氟酸是 HF 的水溶液，可与 SiO2 发生反应生成 SiF4 气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
(4) SiO2 属于酸性氧化物，能否用 SiO2 与水直接反应制取 H2SiO3 由 SiO2 如何来制取 H2SiO3 用化学方程式表示。
提示：不能，因为SiO2 与水不反应。
SiO2 +2NaOH === Na2SiO3 + H2O
SiO2
NaOH溶液
Na2SiO3
CO2
H2SiO3
Na2SiO3 + H2O + CO2 === Na2CO3 +H2SiO3 ↓
熔点高、硬度大、难溶于水
SiO2+CaO === CaSiO3
高温
SiO2+4HF === SiF4 ↑+2H2O
SiO2＋2NaOH === Na2SiO3＋H2O
(1)酸性氧化物
(3)特性
(2)弱氧化性
SiO2+2C === Si+2CO ↑
高温
SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 +CO2 ↑
高温
SiO2 + CaCO3 === CaSiO3 +CO2 ↑
高温
生产玻璃
雕刻玻璃
SiO2的性质
归纳总结
硅芯片
硅太阳能电池板
光导纤维(SiO2)
(3) 硅和二氧化硅的用途
①高纯硅用于制造芯片和硅太阳能电池。
②二氧化硅用于生产光导纤维。
类别 成分 性能 应用
金刚砂
高温 结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ Bi2Sr2Ca2Cu3O10 Tl2Ba2Ca2Cu3O10
SiC、Si3N4
某些金属氧化物
耐高温、抗氧化、耐腐蚀
火箭发动机、高温电极材料
钛酸盐、锆酸盐
实现机械能与电能的相互转化
滤波器、扬声器、点火器
氧化铝、氧化钇
氮化铝、氟化钙
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
某临界温度下电阻为零，超导性
电力、交通、医疗
耐高温结构材料
耐高温半导体材料
碳化硅(SiC)
硬度大、耐高温、抗氧化
2. 新型陶瓷
纳米汽车
富勒烯
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
3. 碳纳米材料
富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60。可制碳纳米材料。
碳纳米管可以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，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
石墨烯电池
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。其在光电器件、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。
练习
判断正误
(1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料(　　)
(2)石英砂可用于生产单晶硅(　　)
(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可与水反应(　　)
(4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料(　　)
(5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于硅 (　　)
×
√
×
√
√
课 堂 小 结
1
2
自我测试
1. 下列说法不正确的是( )
A．传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，如陶瓷、玻璃、水泥
B．二氧化硅用于光伏电站、人造卫星和电动汽车等的太阳能电池
C．碳化硅硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料
D．碳纳米材料包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等
B
1
2
自我测试
2. ( 2022 ·杭州高一检测)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强
D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐
不溶于水
硅酸的酸性比碳酸的弱
二氧化硅
B