無機(jī)非金屬材料課件2023-2024學(xué)年下學(xué)期高一化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

第五章第三節(jié)無機(jī)非金屬材料

第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過查閱資料，了解傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的原料、成分等。2.通過學(xué)習(xí)，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機(jī)非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。3.結(jié)合實(shí)例認(rèn)識無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用，體會化學(xué)給社會及人們帶來的變化，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、樹立社會責(zé)任感、提高民族自豪感。新課導(dǎo)入陶瓷盤子玻璃外墻水泥植草磚新課導(dǎo)入硅太陽能電池碳納米管（1）組成元素:多含________等元素。硅、氧（2）性能：一般具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn),以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。（3）應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于航空、航天、信息、醫(yī)療和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域。無機(jī)非金屬材料簡介（2）硅酸鹽材料的性質(zhì)：多數(shù)具有硬度______、熔點(diǎn)_______、_______溶于水、化學(xué)性質(zhì)________、_________等特點(diǎn)。（1）硅酸鹽的結(jié)構(gòu):在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧________,如圖所示。四面體高高難穩(wěn)定耐腐蝕1.硅酸鹽的結(jié)構(gòu)與性能硅氧四面體的結(jié)構(gòu)示意圖一、硅酸鹽材料2.常見的硅酸鹽材料（1）陶瓷1.生產(chǎn)陶瓷的主要原料和方法是什么？陶瓷是以黏土為主要原料，高溫?zé)Y(jié)而成的2.陶瓷在人類的生產(chǎn)和生活中有哪些重要的用途？用于生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等3.根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，說一下陶瓷的性能？陶瓷硬度高、耐磨損、耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但易破損交流討論（2）玻璃產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分用途玻璃用于生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，還可制造玻璃纖維純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2玻璃為什么可以被人工吹成不同形狀的制品？玻璃不屬于晶體，沒有固定的熔點(diǎn)，能在一定的溫度范圍內(nèi)軟化。交流討論制造玻璃時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。該反應(yīng)能否說明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)？為什么？

SiO2與Na2CO3是在高溫條件下反應(yīng)，且生成的產(chǎn)物是CO2氣體，可以脫離反應(yīng)體系，并不能說明H2SiO3酸性強(qiáng)于H2CO3思考高溫玻璃種類性能用途含鉛的光學(xué)玻璃制造眼鏡、照相機(jī)和光學(xué)儀器的透鏡加入_________的玻璃耐化學(xué)腐蝕、耐高溫急劇變化制實(shí)驗(yàn)玻璃儀器加入__________________得到的彩色玻璃建筑、裝飾生產(chǎn)中采用不同的原料和工藝，可以制得多種具有不同性能和用途的玻璃。拓展提升透光性好，折射率高硼酸鹽金屬氧化物或鹽(1)

制得的玻璃是混合物。(2)鋼化玻璃與普通玻璃的主要成分完全相同。(3)氫氟酸能腐蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛放。(4)堿性試劑如NaOH溶液、Na2CO3溶液什么不能用帶玻璃塞的試劑瓶存放堿性試劑與玻璃塞的主要成分SiO2反應(yīng)，

2NaOH＋SiO2Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3具有黏合性，將瓶塞和試劑瓶黏在一起。易錯提示港珠澳大橋使用了大量的水泥產(chǎn)品主要原料主要設(shè)備主要成分用途水泥黏土、石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸鹽建筑和水利工程材料（3）水泥和水泥時(shí)為什么要加入石膏？調(diào)節(jié)水泥的硬化速率思考分類名稱性能主要用途傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具玻璃透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿水泥遇水變硬，硬化后穩(wěn)定建筑和水利工程歸納總結(jié)通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示其組成3.硅酸鹽的書寫書寫規(guī)則：金屬氧化物寫在最前面，然后寫二氧化硅，最后寫水，而且氧化物之間用“.”隔開例：硅酸三鈣：3CaO·SiO2(1)單質(zhì)硅的性質(zhì)硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于_______________之間，是應(yīng)用最為廣泛的_________材料。(2)自然界中的硅元素主要以________(如地殼中的大多數(shù)礦物)和氧化物(如________、_______)的形式存在。導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體硅酸鹽水晶瑪瑙二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅(3)高純硅的制備

其中涉及的主要化學(xué)反應(yīng)為:工業(yè)制備高純硅的原理示意圖在工業(yè)生產(chǎn)中如何制備高純度的硅單質(zhì)？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)說明（粗硅制備）①SiO2+2C

Si+2CO↑；③SiHCl3+H2Si+3HCl。②Si+3HClSiHCl3+H2；工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅?提示：不能。比較氧化性、還原性的強(qiáng)弱，必須是在通常情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強(qiáng)弱。思考(4)硅和二氧化硅的用途①晶體硅：應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)領(lǐng)域，制______、______________等②二氧化硅晶體：生產(chǎn)____________。芯片硅太陽能電池光導(dǎo)纖維芯片硅太陽能電池光導(dǎo)纖維實(shí)驗(yàn)室中可用鎂粉在赤熱條件下還原粉狀二氧化硅，用稀酸洗去多余的鎂粉和生成的氧化鎂，再用氫氟酸洗去未作用的二氧化硅，即得單質(zhì)硅。這種方法制得的都是不夠純凈的無定形硅，為棕黑色粉末。寫出鎂粉與二氧化硅反應(yīng)的化學(xué)方程式。2Mg+SiO22MgO+Si思考新型陶瓷在組成上不一定是硅酸鹽，在_______、_______、_______、_______等方面具有很多新的特性和功能。

光學(xué)熱學(xué)電學(xué)磁學(xué)共價(jià)鍵金剛石耐高溫的碳化硅陶瓷軸承碳化硅（SiC）俗稱金剛砂，碳原子和硅原子通過________連接，具有類似________的結(jié)構(gòu)硬度大，用作砂紙和砂輪的磨料碳化硅還耐高溫，用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料，耐高溫半導(dǎo)體材料2.新型陶瓷常用的新型陶瓷類型組成性能用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷_________________或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成耐高溫、抗氧化、耐磨蝕火箭或汽車的________、_______________壓電陶瓷_________________等實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)化_________、________、超聲波探傷儀、點(diǎn)火器透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)性能、耐高溫、絕緣性好___________、__________、高溫探測窗超導(dǎo)陶瓷在某一臨界溫度下電阻______，具有______性電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域碳化硅、氮化硅鈦酸鹽和鋯酸鹽氧化鋁、氧化釔或氮化鋁、氟化鈣為零超導(dǎo)發(fā)動機(jī)高溫電極材料濾波器揚(yáng)聲器高壓鈉燈激光器3.碳納米材料名稱組成性能應(yīng)用或用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列______分子的總稱如用C60作車輪的“___________”碳納米管可看成由__________卷成的________,具有__________的直徑碳納米管的比表面積大,有相當(dāng)高的______和優(yōu)良的______性能可用于生產(chǎn)____________、__________和________等石墨烯是只有____________直徑厚度的_________電阻率____、熱導(dǎo)率____,具有______的強(qiáng)度如使用石墨烯材料制成的___________和__________等納米汽車石墨片層管狀物納米尺度一個碳原子單層石墨強(qiáng)度電學(xué)低高很高復(fù)合材料電池傳感器動力電池超輕海綿籠形物質(zhì)二氧化硅二氧化碳存在巖沙，沙子，石英，水晶中空氣，燃料的燃燒產(chǎn)物物理性質(zhì)難溶于水、溶沸點(diǎn)高、硬度大通常情況下無色無味氣體、密度比空氣大、微溶于水化學(xué)性質(zhì)與水不反應(yīng)CO2+H2OH2CO3與酸只與氫氟酸反應(yīng)：4HF+SiO2SiF4+2H2O不反應(yīng)與堿SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OCO2+2NaOHNa2CO3+H2O或CO2+NaOHNaHCO3與堿性氧化物SiO2+CaOCaSiO3CO2+Na2ONa2CO3與碳SiO2+CSi+2COCO2+C2CO【知識拓展】二氧化碳與二氧化硅性質(zhì)的比較(1)盛NaOH溶液的試劑瓶一般是玻璃瓶、橡膠塞，你知道這是為什么嗎?(2)SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，能認(rèn)為SiO2屬于兩性氧化物嗎?提示：試劑瓶的瓶塞如果是毛玻璃，毛玻璃易