【高中化学】新型无机非金属材料+课件+高一下学期化学人教版（2019）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5.3.2新型无机非金属材料

新型无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，常见类型有两种。

高纯度的含硅元素的材料：如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料。

一些含碳、氮元素的物质。如碳化硅、氮化硅等，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。新型无机非金属材料硅元素含量仅此于氧，位于元素周期表第三周期、第ⅣA族。单质硅是灰黑色具有金属光泽的固体。Si+14842主要形成四价的化合物一、硅【思考】硅的结构（原子结构示意图、元素周期表位置），

推测硅及其化合物对应的性质？Si

SiO2H2SiO3Na2SiO3CCO2H2CO3Na2CO3第三周期、第ⅣA族1、

硅元素的存在

Si是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此Si都以“化合态”存在于自然界，岩石、沙子、土壤，约占地壳总量的90%以上。一、硅-------氧化物、硅酸盐C—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。Si—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。

硅元素含量在地壳中居第二位。2、晶体硅的结构与物理性质

结构类似于金刚石，带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅为原子晶体，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。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。Si原子加热Si+O2==SiO2加热Si+Cl2==SiCl4（常温下为液体）高温Si+C==SiC(金刚砂)①常温下三反应②还原性：加热(高温)三反应Si+2F2=SiF4↑

Si+2NaOH+H2O=

Na2SiO3+2H2↑Si+4HF=SiF4↑+2H2↑在常温下只能与氟气(F2)、HF、氢氧化钠反应，加热时能与O2

、Cl2反应。3、硅的化学性质一、硅①良好的半导体材料；

②太阳能电池；

③计算机芯片4、硅的用途教材P22教材-22页【资料卡片】

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H2还原得到高纯硅。SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000

℃Si+3HCl=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃如何制备高纯度的硅？

粗硅在高温下跟氯气反应生成一种液体物质，经蒸馏提纯后，再用氢气还原制得纯硅。

目前提得最纯的元素是半导体材料硅。其纯度已达到12个“9”，即99.9999999999%。

杂质含量不超过一千万亿分之一。思考与讨论

光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么？碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？SiO2二、二氧化硅1、存在形态天然的SiO2

结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙天然的二氧化硅也叫硅石。石英晶体是结晶的二氧化硅。石英、水晶的主要成分都是SiO2玛瑙水晶硅藻土二、二氧化硅SiO2

(硅石）物质SiO2CO2状态（常温）气体熔点-56.6℃沸点-78.5℃水溶性1：1硬度固体1610℃2230℃难溶大高高思考：为什么SiO2和CO2的物理性质差异很大？2、物理性质二、二氧化硅SiO2

二氧化硅的结构立体网状结构分子晶体

每1个Si原子周围结合4个O原子，同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合，所以SiO2晶体是以1:2的比例组成正四面体的立体网状结构。SiO

决定了SiO2具有优良的物理和化学性质共价晶体SiO2表示二氧化硅的组成（化学式）二、二氧化硅SiO2

正四面体的立体网状结构物理性质硬度大，熔点高，难溶于水化学性质结构决定性质结构与性质的关系二、二氧化硅SiO2

SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O③与HF反应——唯一能与SiO2反应的酸刻蚀玻璃①酸性氧化物②弱氧化性与碳酸盐反应SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O====Na2SiO3高温与强碱溶液反应：与碱性氧化物反应：SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑高温SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高温工业生产玻璃原理装NaOH溶液的试剂瓶是什么样子的呢？SiO2+2C=====Si+2CO↑高温工业制粗硅装碱性溶液的试剂瓶用橡胶塞3、SiO2

的化学性质用氢氟酸“刻”出的玻璃工艺品思考与讨论

光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么？碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？SiO21、碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？用离子方程式表示。SiO2+2OH-=SiO32-

+H2O3、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？4、用什么试剂可以除去SiO2中混有的CaO杂质？盐酸深度思考2、能否用玻璃试剂瓶盛氢氟酸，为什么？应用什么瓶盛放？不能。因为玻璃瓶中含有的SiO2会与HF反应,最好用特制的塑料瓶。5、根据

，

能否说明碳酸的酸性比硅酸弱？SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑否6、根据SiO2+2C=====Si+2CO↑，能否说明C的非金属性强与Si高温否不是（1）建筑材料（2）制作首饰与工艺品（水晶、玛瑙、瓷器）（3）制作光学仪器（石英玻璃、石英坩埚）（4）生成光导纤维4、SiO2

的用途建筑材料玛瑙饰品水晶饰品石英坩埚光导纤维光学纤维胃镜精美瓷器教材P23将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④C．①②③

D．②③B

课堂练习

与传统陶瓷相比，新型陶瓷在成分上有很大的变化，不再局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。三、新型陶瓷P23新型陶瓷高温结构陶瓷(SiC、Si3N4)压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷常见新型陶瓷及其用途(连线)

课堂练习世界上最小的车是什么车？既不是各大汽车厂商的迷你系列轿车，也不是孩子们的玩具模型，而是由荷兰格罗宁根大学有机化学教授本·费林加研制的纳米车。它的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是4个“巴基球”做成的轮子。“巴基球”是由60个碳原子构成的纳米级球状分子，具有很多新奇的特性，在纳米技术研究中很受科学家重视。纳米车的轮子可滚动电子显微镜下观察到的纳米汽车富勒烯的代表物C60碳纳米管石墨烯四、纳米材料P23C60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。四