化学人教版必修第二册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（24ppt）

(共24张PPT)
第五章 化工生产中的重要非金属
第三节 无机非金属材料
学习目标
1.了解硅酸盐及其特点，了解传统硅酸盐产品的工业生产。
2.了解硅和二氧化硅的性质，认识新型无机非金属材料。
3.了解硅及其化合物的应用，增强环保意识。
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
1.硅酸盐的概念
硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。
学习探究
2.硅酸盐的结构
Si
O
O
O
O
在硅酸盐中，Si与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个角。
很多与此类似的四面体，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。
3.硅酸盐的特性
O
O
O
O
硬度高
熔点高
难溶于水
化学性质稳定
耐腐蚀
Si
4.常见的硅酸盐材料
陶瓷
黏土
原料
主要成分
成分复杂
特点
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘
用途
建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具
普通玻璃
纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、石英砂（SiO2）
原料
主要成分
硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）、二氧化硅（SiO2）
设备
玻璃窑
特点
玻璃是非晶体，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品
用途
建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维
普通水泥
石灰石（CaCO3）、黏土
原料
主要成分
硅酸三钙（3CaO?SiO2）、
硅酸二钙（2CaO?SiO2）、
铝酸三钙（3CaO?Al2O3）
设备
水泥回转窑
特点
具有水硬性，与水混合搅拌静置后易凝固变硬
用途
大量用于建筑和水利工程
硅酸钠
泡花碱
俗称
特性
易溶于水、
黏结力强、
耐高温
用途
黏合剂、防火剂
水溶液
硅酸钠溶液与盐酸反应的离子方程式：
少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中的离子方程式：
SiO32-+2H+==H2SiO3↓
SiO32-+CO2+H2O==H2SiO3↓+CO32-
二、新型无机非金属材料
1.硅
硅在自然界中主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
单质硅是应用最广泛的半导体材料。
Si+O2===SiO2；Si+O2===SiCl4
高温
高温
制备单质硅：

粗硅的制取


粗硅与HCl反应

H2还原

粗硅的提纯
SiO2+2C===Si（粗）+2CO↑
高温
Si（粗）+3HCl===SiHCl3+H2
△
SiHCl3+H2===Si（纯）+3HCl
高温
2.二氧化硅
物理性质
硬度大、熔点高，不溶于水
化学性质

（1）酸性氧化物
（2）具有氧化性
（3）特性
（1）SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
（2）SiO2+2C===Si+2CO↑
高温
（3）SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
用途
生产光导纤维
3.新型陶瓷
新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有很大的变化，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
常见新型陶瓷 用途
高温结构陶瓷 用于火箭、汽车发动机和耐高温材料
压电陶瓷 用于滤声器、扬声器、超声波探伤器
透明陶瓷 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗
超导陶瓷 主要用于电力、交通、医疗等领域
碳化硅（SiC）
碳化硅俗称金刚砂，它是由碳原子和硅原子通过共价键连接形成的，与金刚石的结构类似，具有硬度大和优异的高温抗氧化性能。
4.碳纳米材料
富勒烯
富勒烯是由碳原子构成的一系列笼型分子的总称，其代表物为C60。
碳纳米管
碳纳米管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，具有高强度和优良的电学性能。
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。
学习小节
无机非金属材料
硅酸盐材料
新型无机非金属材料
硅酸盐的概念
硅酸盐的结构
硅酸盐的特性
常见的硅酸盐材料
硅
二氧化硅
新型陶瓷
碳纳米材料



随堂演练
1.下列关于二氧化硅的叙述正确的是（ ）。
A.光导纤维的主要成分是SiO2，故SiO2可以导电
B.SiO2能跟强碱反应，但不能与水反应
C.SiO2的熔、沸点较低
D.SiO2既不是酸性氧化物，又不是碱性氧化物
解析：光导纤维只能对光传导；SiO2的熔、沸点很高；虽然SiO2不溶于水，但它仍是酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐。
B
2.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上常采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。据此，推测氮化硅陶瓷可用于（ ）。
A.制汽轮机叶片 B.制有色金属
C.制永久性模具 D.制造柴油机
ACD
3.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料各有什么优点？
传统无机非金属材料具有稳定性、抗腐蚀性、耐高温等优点。
新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，还具有强度高、电学特性、光学特性和生物功能等。
写出工业制备高纯硅反应的化学方程式：
（1） ，
（2） ，
（3） 。
4.工业制备高纯硅的原理如下图：

粗硅的制取
Si+3HCl====SiHCl3+H2
300℃
SiHCl3+H2====Si+3HCl
1100℃

粗硅

SiHCl3

高纯硅
1800~2000℃
（1）焦炭
300℃
（2）HCl
1100℃
（3）H2
SiO2+2C========Si+2CO↑
1800~2000℃
谢谢！