(共24张PPT)
第三节 无机非金属材料
一、激情朗读
[背诵内容]DAY5
[朗读内容]课本p.19-p.24
目标导学
[目标]了解传统硅酸盐材料和新兴无机非金属材料的
性质与应用
[重点]无机非金属材料 [难点]Si及其化合物
[内容]结合课本、笔记完成优化设计p.29-p.30
[时间]15min
自主学习
二、自主学习
[问题]
举出具体的例子
金属材料
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
新型无机非金属材料
传统无机非金属材料
三、合作学习
1.陶瓷
黏土
高温烧结,复杂物理和化学变化
建筑材料
绝缘材料
日用器皿
卫生洁具等
[原料]
[条件]
[用途]
主要成分：Al2Si2H4O9
(一)传统无机非金属材料
2.玻璃
主要成分：Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
[原料]
[条件]
[反应]
纯碱、石灰石、石英砂(SiO2)
高温烧结，复杂物理和化学变化
Na2CO3+ SiO2 = Na2SiO3 +CO2↑
高温
CaCO3+ SiO2 = CaSiO3 +CO2↑
高温
[用途]
建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等
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
[问题]你知道那些玻璃？
a.石英玻璃—成分为SiO2，以纯净的石英为主要原料制成。
b.钢化玻璃—普通玻璃加热软化，然后急速冷却而成。
c.有色玻璃—普通玻璃中加入金属化合物
d.有机玻璃—塑料
e.玻璃钢—复合材料
3.水泥
[原料]
[条件]
[用途]
黏土、石灰石
石膏(调节硬化速率)
煅烧，复杂物理和化学变化
建筑和水利工程
主要成分：Ca3SiO5、Ca2SiO4、Ca3Al2O6
钢筋混凝土——复合材料
水泥、沙子、碎石、钢筋的混合物
[硅酸盐表示方法]
(1)氧化物的排列顺序：
活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水
(2)配置原则：
原子总个数比符合原来的组成，分数要化整，化合价不变。
硅酸钙:CaSiO3
CaO · SiO2
Na2O · SiO2
硅酸钠:Na2SiO3
[问题]书写Al2Si2H4O9、NaAlSi3O8
硅氧四面体结构
每个Si结合4个O,Si在中心，O在四面体的四个顶，每个O与2个Si结合，两个四面体共有
大多具有硬度大、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点
[硅酸盐结构]
硅谷（Silicon Valley），位于美国加利福尼亚北部的大都会区旧金山湾区南面。硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。
（二）新型无机非金属材料
1.硅和二氧化硅
(1)硅—最广泛的半导体材料。
光伏电池
芯片
[硅的工业制取]
1100℃
石英砂
粗硅
SiHCl3(粗)
焦炭
1880-2000℃
HCl
300℃
粗馏
SiHCl3(纯)
高纯硅
H2
⑴SiO2+2C = Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
⑵Si+3HCl = SiHCl3+H2
高温
⑶SiHCl3+H2 = Si+3HCl (高纯硅)
高温
(2)二氧化硅—光导纤维
沙子
水晶
玛瑙
石英
硅氧四面体（空间网状）
熔沸点高、硬度大、不溶于水
[拓展]SiO2是一种酸性氧化物,难溶于水，不与水反应。
①与HF反应
— 唯一能与SiO2反应的酸
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
②与NaOH反应
SiO2+2NaOH =Na2SiO3+H2O
[问题]为什么装碱的试剂瓶不能用玻璃塞？
Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温特性，可作黏合剂和防火剂
NaOH会和SiO2反应生成Na2SiO3粘连而无法打开。
Na2SiO3+2HCl = H2SiO3(胶体)+2NaCl
Na2SiO3+H2O+CO2 = Na2CO3+H2SiO3(胶体)
H2SiO3难溶于水,酸性比碳酸弱，脱水即形成硅胶。
③与碱性氧化物反应
SiO2 + CaO = CaSiO3
高温
SiO2 +Na2O = Na2SiO3
高温
④与碳酸盐反应—工业生产玻璃
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 +CO2 ↑
高温
SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 +CO2 ↑
高温
2.新型陶瓷
新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。
SiO2+2C(过量) = SiC+CO2 ↑
高温
SiC俗称金刚砂，结构与金刚石类似，硬度大，高温抗氧化性能强。
砂纸、砂轮
碳化硅轴承
高温结构陶瓷
超导陶瓷
压电陶瓷，透明陶瓷 ... ...
3.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。
富勒烯之一 — C60
碳纳米管
石墨的层状结构
用C60作车轮的“纳米汽车”
四、复述检测
[达标检测1]
(1)石英、水晶、玛瑙、光导纤维、沙子的主要成分是硅酸盐。( )
(2)二氧化硅晶体是由SiO2分子直接组成的。( )
(3)可以利用石英坩埚熔融NaOH固体。( )
(4)向Na2SiO3溶液中通入CO2,有白色胶状沉淀产生,酸性: H2CO3>H2SiO3。( )
(5)光电池可以将光能直接转化为电能。( )
(6)高纯硅具有半导体性能,用于制造光导纤维。( )
(7)高温下焦炭可还原石英砂制得粗硅,该反应说明非金属性C(8)C60、碳纳米管和石墨烯都是碳元素形成的单质。( )
[达标检测2]玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料,它们的主要成分中都含有的元素是( )。
A.氮 B.硫 C.硅 D.氯
[达标检测3]矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的,此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。
例如长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4],此反应的离子方程式为:
(1)将上述复杂硅酸盐化学式改写成氧化物形式。
①KAlSi3O8 。
②Al2Si2O5(OH)4 。
(2)上述反应能够发生的原因是 。
[达标检测4]在玻璃工业、水泥工业中都用到的原料是( )。
A.纯碱 B.石英 C.石灰石 D.黏土
[达标检测5]光导纤维的主要成分是( )。
A.SiO2 B.氮化硅 C.单质硅 D.石墨烯
[达标检测6]下列物质能与SiO2反应的是( )。
A.水 B.盐酸 C.硫酸 D.氢氟酸
[达标检测7]下列物质中,不含有硅酸盐的是( )。
A.玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D.普通水泥
