无机非金属材料（课件）

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人教版·新教材·化学必修第二册学习目标学习目标1．认识传统无机非金属材料的原料、成分和应用。2．认识硅、二氧化硅、硅酸的性质及应用3．认识新型无机非金属材料素养目标1．通过对硅及化合物的学习培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养。2．通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生科学态度和社会责任的化学核心素养。情景导入这些地标建筑可能会用到哪些材料，列举一下。探究01

传统无机非金属材料

情境导入材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。金属材料非金属材料探究01传统无机非金属材料非金属材料非金属材料传统非金属材料新型非金属材料1、性能和优点具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。2、分类探究01传统无机非金属材料

传统无机非金属材料传统非金属材料多为硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥三大类。硅酸盐的结构硅氧四面体结构决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。探究01

无机非金属材料硅酸盐由Si

、O金属(铝,铁,钙,镁,钾,钠等)等元素组成的化合物的总称陶瓷玻璃水泥用盐的化学式表示，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、原子比例不变②计量数以整数书写③多种金属同时存在，活泼的写在前面

Al2O3·2SiO2·2H2O练习：

长石（KAlSi3O8）、高岭土[Al2Si2O5(OH)4]

用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成，但硅酸盐不是由氧化物组成的，是纯净物，属于盐类探究01传统无机非金属材料陶瓷陶瓷原料历史应用黏土

(含水的铝硅酸盐)青花瓷、唐三彩China瓷都

生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等探究01传统无机非金属材料

玻璃玻璃成分原料应用Na2SiO3、CaSiO3、SiO2纯碱、石灰石和石英砂生产建筑材料、光学仪器、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等SiO2探究01传统无机非金属材料玻璃的生产以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。SiO2

+

Na2CO3

Na2SiO3

+

CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑高温高温硅酸钙硅酸钠探究01传统无机非金属材料玻璃不同性能的玻璃探究01传统无机非金属材料

水泥黏土石灰石水泥原料应用条件高温煅烧制作混凝土、大量用于建筑和水利工程。石膏的作用：调节水泥硬化速率水泥、沙子、碎石和水探究02

新型无机非金属材料

情境导入满足科技发展的需要，应用于高端领域探究02

新型无机非金属材料

硅硅元素：Si在自然界的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________________

__________________二氧化物硅酸盐第三周期第ⅣA族硅是一种亲氧元素，在自然界总是与氧相互结合探究02

新型无机非金属材料

硅自然界的硅：不存在单质硅探究02

新型无机非金属材料

硅结构类似于金刚石，带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。拓展：金刚石和晶体硅的结构相似。在晶体中，每个碳硅原子都以共价键与相邻4个碳（硅）原子结合，形成正四面体的立体网状。所以，金刚石和晶体硅的熔沸点都很高，硬度也很大。探究02

新型无机非金属材料高纯硅的制备工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。①

SiO2+2CSi+2CO↑18000C~20000C②

Si+3HClSiHCl3+H23000C③

SiHCl3+H2Si+3HCl11000C探究02

新型无机非金属材料硅——拓展：硅的化学性质②在加热条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑Si＋O2

SiO2∆Si＋2Cl2SiCl4高温Si＋2F2＝SiF4

Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑探究02

新型无机非金属材料硅的用途硅的用途半导体材料硅晶片用于生产芯片探究02

新型无机非金属材料二氧化硅沙子石英砂玛瑙水晶SiO2探究02

新型无机非金属材料二氧化硅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（空间网状）熔沸点高、硬度大、不溶于水⑵物理性质SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而不是分子式，没有SiO2分子，它是原子晶体=1:2Si原子和O原子比例=1：4×12探究02

新型无机非金属材料

二氧化硅——物理性质纯净的二氧化硅晶体，是一种坚硬、脆、不溶于水的无色透明的固体探究02

新型无机非金属材料

二氧化硅——化学性质SiO2

属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性①SiO2

不溶于水，不与水反应②SiO2

可与碱性氧化物反应SiO2+CO2CaSiO3高温③SiO2

可与强碱反应SiO2

+2NaOH

Na2SiO3

+H2O特性：SiO2

可与氢氟酸（HF）反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O探究02

新型无机非金属材料二氧化硅——用途光导纤维优点：光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。探究02

新型无机非金属材料练一练

1.下列关于二氧化硅的叙述正确的是（）A．SiO2能与水反应生成硅酸

B．SiO2与CO2的结构相同

C．SiO2用于太阳能电池

D．SiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡

胶塞的试剂瓶中D探究02

新型无机非金属材料补充知识——硅酸钠Na2SiO3水溶液俗称：水玻璃相对稳定、不能燃烧、不易被腐蚀用途：制备硅胶、木材防火剂、肥皂填充剂、黏胶剂特性：水溶液有黏性探究02

新型无机非金属材料补充知识——硅酸钠Na2SiO3与酸(盐酸、碳酸)反应生成硅酸Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3H2SiO3浓度大小不同，形成硅酸胶体的种类不同；硅酸胶体最终凝聚成为硅酸沉淀探究02

新型无机非金属材料补充知识——硅酸①弱酸性：a．比碳酸还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂变色。②不稳定性探究02

新型无机非金属材料硅胶硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。用途:可作干燥剂和催化剂的载体。蓝色硅胶干燥剂（氯化钴）橙色硅胶干燥剂（甲基紫）分子式为mSiO2·nH2O探究02

新型无机非金属材料练一练

2.下列关于硅酸的说法正确的是（）A．硅酸可以通过

SiO2

和

H2O

化合反应直接制得

B．可用反应

Na2SiO3+2HCl

=2NaCl+H2SiO3↓

制取硅酸C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应

D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠B探究02

新型无机非金属材料新型陶瓷

碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。探究02

新型无机非金属材料

新型陶瓷高温结构陶瓷透明陶瓷压电陶瓷超导陶瓷新型陶瓷探究02

新型无机非金属材料碳纳米材料

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。探究02

新型无机非金属材料碳纳米材料——富勒烯

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。富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。探究02

新型无机非金属材料碳纳米材料——碳纳米管

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