5.3 无机非金属材料 课件（25张ppt）【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高一化学必修二

第三节 无机非金属材料
第1课时 硅酸盐材料
必修第二册 第五章 化工生产中的重要非金属元素
硅酸盐
一、硅酸盐材料
无机非金属材料一般含有 元素，具有 、 、
等特点，以及特殊的 、 等性能。
1．硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了 ，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。其结构示意图为:
硅、氧
耐高温
抗腐蚀
硬度高
光学
电学
硅氧四面体
硅氧四面体的结构示意图
硅酸盐
2．硅酸盐
（1）定义：
由Si、O、金属（铝、铁、钙、镁、钾、钠等）等元素组成的化合物的总称。
（2）书写：
用盐的化学式表示，如：Na2SiO3
用氧化物形式表示，如：Na2O ? SiO2
原则：X金属氧化物 ? YSiO2 ? ZH2O
注意事项：①元素化合价不变
②原子比例不变
③多种金属同时存在，活泼的写在前面
硅酸盐
多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。
（3）硅酸盐的性质：
（4）最简单的硅酸盐：Na2SiO3
——水溶液俗称：水玻璃、泡花碱
用途：制备硅酸凝胶、木材防火剂、 肥皂填充剂、黏胶剂
特性：水溶液有黏性
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3(胶体)
Na2SiO3 + CO2+ H20 = Na2CO3 + H2SiO3(胶体)
强酸制弱酸：酸性：HCl > H2CO3 > H2SiO3
H2SiO3：二元弱酸，加热易分解，失水后变硅胶。
传统无机非金属材料
陶瓷
原料：
历史：
应用：
黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)
青花瓷、唐三彩
生产建筑材料、
绝缘材料、
日用器皿、
卫生洁具等
China
反应条件：
高温烧结
瓷都
新石器时代就能烧制
唐宋时期达到鼎盛：
传统无机非金属材料
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、
光学仪器、
各种器皿，

Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
反应条件：
高温熔融
反应方程式：
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3+CO2↑
制造玻璃纤维、用于高强度复合材料等
传统无机非金属材料
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
特种玻璃
传统无机非金属材料
水泥
原料：
工业设备：
黏土、石灰石、石膏
水泥回转窑
混凝土：
水泥、沙子和碎石等与水混合
石膏的作用：
条件：
高温煅烧
调节水泥硬化速率
新型无机非金属材料
随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。
（1）高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。
（2）含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。
1．硅 (1)硅元素的存在与结构
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}存在
原子结构示意图
周期表中位置
含量
存在形态
地壳中居第 位


新型无机非金属材料
第三周期、第ⅣA族
二
氧化物和硅酸盐
硅酸盐矿石
水晶（ SiO2 ）
玛瑙（ SiO2 ）
处于金属与非金属的过渡位置，是应用最广泛的半导体材料。
新型无机非金属材料
(2)硅单质
灰黑色、具有金属光泽的固体
半导体材料,
用于集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等
新型无机非金属材料
(3)硅的工业制备
SiO2+2C ============= Si+2CO↑
1800~2000 ℃
Si+3HCl ======= SiHCl3+H2↑
300 ℃
SiHCl3+H2 ======== Si+3HCl
1100 ℃
新型无机非金属材料
2．二氧化硅
⑴ 存在形式
硅藻土
石英、水晶、玛瑙、沙子
结晶形：
无定形：
统称硅石
空间构型：硅氧四面体
熔沸点高、硬度大、不溶于水
⑵ 物理性质
(3) 用途
光导纤维、石英坩埚、建筑材料、
电器部件
新型无机非金属材料
SiO2 + 4HF == SiF4↑+2H2O
(4) 化学性质
①与HF反应
——唯一能与SiO2反应的酸
用途：刻蚀玻璃
②酸性氧化物
SiO2+2NaOH == Na2SiO3 + H2O
SiO2 + Na2O ==== Na2SiO3
高温
与强碱溶液反应：
与碱性氧化物反应：
③弱氧化性
SiO2 + 2C ===== Si + 2CO↑
高温
装NaOH的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞
用途：制粗硅
④与碳酸盐反应
SiO2 + Na2CO3 === Na2SiO3 +CO2 ↑
高温
SiO2 + CaCO3 ==== CaSiO3 +CO2 ↑
高温
工业生产玻璃原理
1、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O，生成具有粘性的硅酸钠粘住瓶塞
2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式
表示。
SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O
3、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？
错。因为SiO2 + 4HF == SiF4↑+2H2O，生成的SiF4 不属于盐。
4、如何除去SiO2中混有的CaO杂质？
HCl
课堂巩固
5、中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。
(1)“龙芯”1号(芯片)的主要化学成分是________。
(2)互联网使用的数据传输材料叫________，主要化学成分是________。
(3)秦兵马俑制品的主要生产原料是________，主要成分为________。
硅
光导纤维
二氧化硅
黏土
硅酸盐
课堂巩固
新型无机非金属材料
3.新型陶瓷
碳原子和硅原子通过共价键连接
结构：
性能
砂纸和砂轮的磨料
高温抗氧化性能
硬度大
耐高温结构材料
耐高温半导体材料
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。
碳化硅陶瓷
碳化硅SiC：俗称金刚砂
一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。
高温结构陶瓷
主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。
压电陶瓷
新型无机非金属材料
主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。
透明陶瓷
在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。
超导陶瓷
新型无机非金属材料
4.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。
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。
富勒烯
新型无机非金属材料
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。
比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。
新型无机非金属材料
新型无机非金属材料
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。
课堂总结
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料
（1）陶瓷 （2）玻璃 （3）水泥
（1）硅和二氧化硫
（2）新型陶瓷
SiO2+2C========= Si+2CO
Si+3HCl======= SiHCl3+H2
SiHCl3+H2=======Si+3HCI
1800~2000℃
300℃
1100℃
二、新型无机非金属材料
（3）碳纳米材料
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)制水泥、玻璃的共同原料是石灰石。 (　　)
(2)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。 (　　)
(3)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。 (　　)
(4)二氧化硅在电子工业中是最重要的半导体材料。 (　　)
课堂巩固
[答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×