5.3無機非金屬材料 課件 2024-2025學年高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

第三節(jié)無機非金屬材料第1課時硅酸鹽材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，人類使用材料除了金屬材料，還有無機非金屬材料等。新課引入

許多無機非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。一、材料的分類無機非金屬材料金屬材料：包含純金屬和合金有機高分子材料傳統(tǒng)無機非金屬材料：新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纖維等復合材料【思考】傳統(tǒng)無機非金屬材料由什么物質(zhì)組成？有什么性質(zhì)？材料（硅酸鹽材料）如玻璃、陶瓷、水泥二、硅酸鹽【思考】現(xiàn)在家居裝修以明亮，簡潔，實用的風格為主流，大家能判斷都用到哪些材料以及它們的類別嗎？

玻璃傳統(tǒng)無機非金屬材料鋁合金金屬材料木紋磚傳統(tǒng)無機非金屬材料陶瓷二、傳統(tǒng)無機非金屬材料存在：表示方法：硅酸鹽一般結(jié)構(gòu)復雜，存在于地殼、巖石中①用鹽的化學式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O?SiO2、CaO?SiO21.硅酸鹽只是以氧化物的形式表示，但其本身屬于鹽定義：硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。【注意】①氧化物的書寫形式一般為：A活潑金屬氧化物

?B較活潑金屬氧化物?CSiO2

?DH2O②元素化合價不變、原子比例不變③計量數(shù)以整數(shù)書寫

長石(KAlSi3O8)用氧化物的形式如何表示？

K2O?Al2O3?6SiO2二、硅酸鹽（1）Si和O構(gòu)成了硅氧四面體；（2）每個Si結(jié)合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角，

許多四面體通過頂角的O相互連接；（3）每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結(jié)合。4、結(jié)構(gòu)5、性質(zhì)大多硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等例外：Na2SiO3硅酸鈉俗稱泡花堿，其水溶液俗稱“水玻璃”，可作粘合劑、防火劑二、硅酸鹽與硅酸4.Na2SiO3——俗稱泡花堿(3).用途①制硅酸；②黏合劑(礦物膠)；③耐火阻燃材料；④防腐劑二、硅酸鹽4.Na2SiO3——俗稱泡花堿(1).物理性質(zhì)白色固體，可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，有很強的黏合性。(2).化學性質(zhì)與酸反應：Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+2H2O+2CO2(過量)===2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少量)===Na2CO3+H2SiO3↓【思考】這些反應的反應類型是什么？遵循什么反應原理？硅酸是高中階段唯一不溶于水的固態(tài)酸白色沉淀非金屬性：ClC

Si酸性：鹽酸

碳酸

硅酸＞＞＞＞三、硅酸5.

H2SiO3——高中化學唯一難溶性酸H2SiO3是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小,不穩(wěn)定，受熱易分解H2SiO3H2O+SiO2硅膠硅酸聚合硅酸凝膠干燥脫水硅酸干凝膠“硅膠”硅膠的用途：食品、藥品的干燥劑催化劑的載體四、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料原料性質(zhì)黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點。生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等。應用1.陶瓷——土與火的完美結(jié)合設備陶瓷窯四、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料2、玻璃原料原理用途設備純堿、石灰石和石英砂（主要成分SiO2）SiO2

+

Na2CO3

====

Na2SiO3

+

CO2↑SiO2

+

CaCO3====CaSiO3

+

CO2↑高溫高溫生產(chǎn)建筑材料、光學儀器、制造玻璃纖維用于高強度復合材料等成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2沒有固定的熔沸點玻璃窯（發(fā)生復雜的物理和化學變化）四、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料2、玻璃鋼化玻璃【思考】鋼化玻璃也是傳統(tǒng)無機非金屬材料嗎？

鋼化玻璃和普通玻璃的主要成分相同嗎？是完全相同四、傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料3、水泥原料設備黏土、石灰石（再加入少量石膏）作用：調(diào)節(jié)水泥硬化速率水泥回轉(zhuǎn)窯用途水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程小結(jié)

陶瓷玻璃水泥主要原料主要成分——Na2CO3、CaCO3、SiO2——主要設備反應原理高溫燒結(jié)而成黏

土黏土、石灰石純堿、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）玻

璃

窯水

泥

回

轉(zhuǎn)

窯高溫下發(fā)生復雜的物理和化學變化第三節(jié)無機非金屬材料第2課時新型無機非金屬材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素一、單質(zhì)硅和二氧化硅計算機芯片第____周期第____族IVA三單質(zhì)的導電性：介于導體與絕緣體之間應用最廣泛的半導體材料處于金屬與非金屬的過度位置①、元素的存在與結(jié)構(gòu)一、單質(zhì)硅和二氧化硅1.硅的存在形式存在形式硅硅酸鹽：地殼中大多數(shù)礦物氧化物：水晶、瑪瑙等晶體硅中的雜質(zhì)會影響導電性能，如何制備高純硅呢？——有親氧性，以化合態(tài)存在新型無機非金屬材料兩大系列高純度的含硅元素的材料含有碳、氮等其他元素的材料航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應用具有特殊的光學和電學性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎材料單晶硅碳化硅②、高純硅的制備制備原理制備流程反應方程式

用焦炭還原石英砂，得到含少量雜質(zhì)的粗硅，然后轉(zhuǎn)化為三氯硅烷，再經(jīng)氫氣還原。SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①高溫SiHCl3＋H2＝Si(純)＋3HCl③高溫Si(粗)＋3HCl＝SiHCl3+H2②▲一、單質(zhì)硅和二氧化硅④、高純硅的用途

高純硅廣泛應用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)領(lǐng)域。利用其半導體性能可以制成計算機、通信設備和家用電器等芯片，以及光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等貴臺陽能電池。硅晶片是生產(chǎn)芯片的基礎材料硅太陽能電池光伏電站硅太陽能電池一、單質(zhì)硅和二氧化硅2、結(jié)構(gòu)SiO2是由Si和O按1：2的比例組成的立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沒有SiO2

分子存在，只存在硅氧原子。立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了SiO2具有優(yōu)良的物理和化學性質(zhì)。SiO2晶體結(jié)構(gòu)示意圖四面體結(jié)構(gòu)主要成份：SiO2新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅二氧化硅的化學性質(zhì)①酸性氧化物的通性（但SiO2不溶于水，不與水反應）SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O②氧化性（工業(yè)制粗硅）SiO2+CaOCaSiO3高溫SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O③特性：與HF（雕刻玻璃）唯一能與SiO2反應的酸保存氫氟酸使用塑料瓶SiO2→Na2SiO3→制H2SiO3鹽酸很不活潑SiO2+2CSi+2CO↑高溫用膠塞或軟木塞二氧化硅1、存在：巖石、沙土有結(jié)晶形和無定形兩大類，通稱硅石。硅藻土瑪瑙水晶石英2、應用：制玻璃、光導纖維等新型無機非金屬材料：硅和二氧化硅二氧化碳

二氧化硅水堿堿性氧化物碳酸鹽HF氧化性CO2+2NaOH====

Na2CO3+H2O不反應CO2+H2O====

H2CO3CO2+CaO=====CaCO3不反應CO2+H2O+Na2CO3

=====2NaHCO3

CO2+C======2COSiO2+2NaOH====

Na2SiO3+H2OSiO2+CaO======

CaSiO3高溫

SiO2+4HF=====SiF4↑+2H2OSiO2+Na2CO3

======Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+2C=======Si+2CO↑高溫一、二氧化硅新型無機非金屬材料：新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學、熱學、電學、磁學等方面有很多新的特性和功能。碳化硅陶瓷SiC氮化硅陶瓷Si3N4氧化鋁陶瓷Al2O3新型無機非金屬材料：新型陶瓷碳化硅結(jié)構(gòu)（SiC）俗稱金剛砂碳原子和硅原子通過共價鍵連接，類似于金剛石的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)性質(zhì)硬度大，優(yōu)良的高溫抗氧化性能應用砂紙和砂輪的磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導體材料例如：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、軸承新型陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷透明陶瓷超導陶瓷壓電陶瓷氧化鋁、氧化釔高壓鈉燈具有超導性磁懸浮鈦酸鹽和鋯酸鹽高頻壓電陶瓷諧振器碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物汽車發(fā)動機新型無機非金屬材料：新型陶瓷碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯

等。在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。新型無機非金屬材料：碳納米材料

概念性能用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C60—制碳納米材料碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能生產(chǎn)復合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導率高，具有很高的強度在光電器件、超級電容器、電池、復合材料等方面的應用研究在不斷深入新型無機非金屬材料——碳納米材料富勒烯碳納米管石墨烯都是碳的同素異形體，它