高一下学期化学人教版（2019）必修第二册 5.3 无机非金属材料(共34张PPT)

(共34张PPT)
第三节 无机非金属材料
硅酸盐材料
问题导入
问题1：玻璃属于什么材料，还有其他什么物质也是属于该材料类别的？
问题3：多彩玻璃的彩色哪里来的，通过什么工艺可以得到多彩玻璃？
问题:2：玻璃的主要成分是什么，生产玻璃的主要原料是什么？
问题导入
无机非金属材料
新型无机非金属材料
传统无机非金属材料
硅酸盐材料
问题1：玻璃属于什么材料，还有其他什么物质也是属于该材料类别的？
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
陶瓷
玻璃
水泥
玻璃
主要成分：Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)
设备：玻璃窑
性能：硬度高、耐高温、耐腐蚀
用途：建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等
玻璃是混合物，无固定熔点
问题:2：玻璃的主要成分是什么，生产玻璃的主要原料是什么？
问题导入
玻璃中添加的原料 优点 用途
添加含铅的原料 透光性好, 折射率强 制造眼镜、
照相机和光学仪器的透镜
加入硼酸盐原料 耐化学腐蚀、 耐温度急剧变化 实验室使用的
玻璃仪器
金属氧化物或盐 彩色玻璃 建筑、装饰
问题3：多彩玻璃的彩色哪里来的，通过什么工艺可以得到多彩玻璃？
问题导入
光学透镜
彩色玻璃
实验仪器
问题导入
陶瓷
主要成分：硅酸盐
原料：黏土（含水的铝硅酸盐）
设备：陶瓷窑
性能：硬度高、耐高温、耐腐蚀
用途：建筑材料、绝缘材料、
日用器皿、卫生洁具
水泥
主要成分：硅酸盐
原料：黏土、石灰石、石膏
设备：水泥回转窑
性能：硬度高、耐高温、耐腐蚀
用途：建筑材料、水利工程
石膏的作用：
调节水泥硬化速率
硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。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。
玻璃怎么来的
普通玻璃是以纯碱、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
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
同主族元素的性质具有递变性,则酸性H2CO3>H2SiO3。此结论与反应SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑是否矛盾 如何设计实验证明H2CO3的酸性大于H2SiO3
高温
====
不矛盾，反应生成了气体逸散。元素的非金属性C>Si，则酸性H2CO3>H2SiO3
实验方案：将CO2通入Na2SiO3溶液中
酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3
结论：
饱和
NaHCO3溶液
NaSiO3溶液
Na2SiO3溶液
×
√
现象：
产生大量气泡，并生成白色沉淀
CaCO3
盐酸
Na2SiO3 ＋ CO2 ＋ H2O＝ H2SiO3 ↓ ＋ Na2CO3
CO2中混有HCl气体
除去CO2中混有HCl气体
航空航天
高铁运输
通信工程
新型无机金属材料
问题1：光纤的主要成分是什么？为什么选择该成分？
问题3：光纤信息怎么转化的，选择什么材料，为什么选择该材料？
问题:2：光纤是怎么传递信息，需要哪些媒介？
问题导入
二氧化硅的性质
1.物理性质：
无色透明晶体或白色粉末，硬度大，难溶于水，自然界中以石英、玛瑙、水晶形态存在。
问题1：光纤的主要成分是什么？为什么选择该成分？
二氧化硅
二氧化硅透明，折射率合适，能够发生全反射，用于制备光纤
新型无机金属材料
二氧化硅的化学性质
可以利用氢氟酸来刻蚀玻璃
新型无机金属材料
硅酸钠的性质与用途
俗名：Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，
性质：具有黏结力强，耐高温等特性
用途：可以用作黏合剂和防火剂
注意：实验室盛放碱溶液的试剂瓶应使用橡胶塞，而不用玻璃塞
但可以用玻璃瓶来盛装氢氧化钠，因为玻璃容器内壁光滑，二氧 化硅排列紧密，氢氧化钠难以腐蚀
新型无机金属材料
二氧化硅的应用
1.制造光导纤维
2.制造玻璃
3.制造水玻璃
新型无机金属材料
问题:2：光纤是怎么传递信息，需要哪些媒介？
光敏二极管
将光信号转化为电信号
硅单质
新型无机金属材料
硅
1.硅的存在与结构
含量：地壳中居第二位
存在形态：氧化物和硅酸盐（化合态）
周期表中的位置：第三周期 第ⅣA族
原子结构示意图：
新型无机金属材料
硅的性质
1.硅的物理性质：
灰黑色固体，熔、沸点高，硬度大，是一种优良的半导体材料
半导体材料—能产生光电效应
将光信号转化为电信号
问题3：光纤信息怎么转化的，选择什么材料，为什么选择该材料？
新型无机金属材料
硅的性质
2.硅的化学性质：常温下，化学性质不活泼，但可以和F2、氢氟酸和强碱溶液发生反应发生反应。
(1)常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应
Si＋2F2===SiF4
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
新型无机金属材料
硅的性质
2.硅的化学性质：硅在加热条件下还可以和很多非金属单质反应。
新型无机金属材料
硅酸的性质
(1)二元弱酸：酸性比H2CO3弱，不溶于水，是白色沉淀
(2)与NaOH反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O
(3)加热分解：H2SiO3===SiO2＋H2O
△
新型无机金属材料
硅的应用：二极管、计算机芯片、硅太阳能电池
新型无机金属材料
硅的工业制取
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
新型无机金属材料
硅的工业制取
SiO2+2C ========= Si+2CO↑
1800~2000 ℃
Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑
300 ℃
SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl
1100 ℃
新型无机金属材料
硅的工业制取
1.粗硅的主要成分是什么？
硅、过量剩余的焦炭、未反应的二氧化硅
2.怎么提纯SiHCl3，粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)
分馏（蒸馏）
3.SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和H2， SiHCl3在空气中易自燃，所以制备过程需要在一个怎样的环境下进行
整个制备过程必须严格控制无水无氧
新型无机金属材料
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
高温结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷
俗称金刚砂
新型无机金属材料
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。
新型无机金属材料
富勒烯
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。
新型无机金属材料
碳纳米管
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。碳纳米管的比表面积大，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。
新型无机金属材料
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。
新型无机金属材料
课堂小结