5.3无机非金属材料课件高一下学期化学人教版

无机非金属材料第五章化工生产中的重要非金属元素第三节

第一课时

无机非金属材料阅读课本P19页第一自然段了解无机非金属材料的组成、性能、分类、用途无机非金属材料组成元素：硅、氧等元素性能：耐高温、抗腐蚀、硬度高。特殊的光学、电学等性能应用：日常生活应用航空航天领域信息领域新能源领域分类传统无机非金属材料新型无机非金属材料(玻璃、陶瓷、水泥)(硅太阳能电池)

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，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。其结构如右图所示。一.硅酸盐材料硅氧四面体由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物。

硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。3．性质2．结构1．概念：一.硅酸盐材料知识拓展--硅酸盐的表示方法硅酸盐矿物的成分复杂，多用金属氧化物和二氧化硅的形式表示它们的组成，如：书写顺序：活泼金属氧化物--较活泼金属氧化物---二氧化硅--水硅酸钠（Na2SiO3）→Na2O·SiO2高岭石（Al2H4Si2O9）→Al2O3·2SiO2·2H2O钾云母（K2H4Al6Si6O24）→K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O二.传统无机非金属材料（多为硅酸盐材料）——陶瓷、玻璃、水泥产品原料主要设备主要成分用途陶瓷——玻璃(普通)水泥黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)纯碱、石灰石、石英砂黏土和石灰石以及其他辅料石膏玻璃窑水泥回转窑Na2SiO3、CaSiO3、SiO2硅酸盐硅酸盐建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等建筑和水利工程二.传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑思考与交流：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

典例1．

九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是()A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐课堂练习【解析】陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。C三.新型无机非金属材料

在自然界只以化合物形式存在，如：硅酸盐及氧化物的形式存在，在地壳中含量排第二。

水晶（SiO2）硅酸盐矿石1、硅（1)存在及含量三.新型无机非金属材料1、硅（2）物理性质灰黑色、有金属光泽、固体；熔沸点高、硬度大;导电性介于导体和绝缘体之间（半导体）思考：能导电或有金属光泽的单质一定是金属吗？不一定，如：硅三.新型无机非金属材料1、硅（3）化学性质在常温下只能与氟气(F2)、HF、氢氧化钠反应；加热时能与氧气、氯气反应①稳定性：常温下三反应Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+4HF==SiF4↑+2H2↑(与唯一酸反应)②还原性：加热(高温)四反应加热

Si+2Cl2==SiCl4加热Si+O2==SiO2高温Si+C==SiC(俗称：金刚砂)高温3Si+2N2

==Si3N4(高温陶瓷)正四面体结构化学性质比较稳定三.新型无机非金属材料1、硅（4）用途

高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，利用其半导体性能，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。硅太阳能电池硅芯片三.新型无机非金属材料1、硅（5）高纯硅的制备1100oC石英砂粗硅SiHCl3(粗)焦炭高温HCl300oC高纯硅H2根据流程图写出涉及的主要化学反应（三部曲）①SiO2+2C

Si(粗)+2CO↑②Si(粗)+3HCl===SiHCl3(三氯硅烷)+H2300oC③SiHCl3+H2

===Si(纯)+3HCl1100oC从沙滩到用户三.新型无机非金属材料1、硅思考与交流：工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？

不能说明，因为比较氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的SiO2+2C

Si(粗)+2CO↑三.新型无机非金属材料2、二氧化硅

立体网状结构，Si原子和O原子比例1:2，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。

（2）物理性质SiO2是不溶于水的固体，熔、沸点高，硬度大。（1）结构三.新型无机非金属材料2、二氧化硅（3）化学性质分类——酸性氧化物价态——最高价(氧化性)特性——与氢氟酸反应SiO2SiO2＋2C===Si+2CO↑高温SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OSiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OSiO2＋CaO==CaSiO3高温SiO2+Na2CO3

==Na2SiO3+CO2↑高温（4）用途光导纤维石英坩埚三.新型无机非金属材料2、二氧化硅1.实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用磨口玻璃塞？Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。思考与交流：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O2.实验室如何以SiO2为原料制备硅酸(H2SiO3)

？SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2ONa2SiO3＋H2O+CO2=

H2SiO3↓＋Na2CO3

典例2．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列关于硅及其化合物的说法正确的是()A．SiO2是一种酸性氧化物，所以不和任何酸反应B．高温下，工业制硅的反应方程式为C+SiO2

Si+CO2C．光导纤维的主要成分是SiO2D．太阳能发电板的主要材料是SiO2课堂练习【解析】A.SiO2是一种酸性氧化物，能和氢氟酸反应，A错误；B.高温下，工业制硅的反应方程式为2C+SiO2

Si+2CO，B错误；C.光导纤维的主要成分是SiO2，C正确；D.太阳能发电板的主要材料是Si。C三.新型无机非金属材料3、新型陶瓷

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类型组成性能用途高温结构陶瓷碳化硅（金刚砂）、氮化硅或某些金属氧化物耐高温、抗氧化、耐磨蚀等火箭或汽车的发动

机、高温电极材料压电陶瓷钛酸盐和锆酸盐等实现机械能与电能的相互转化滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器等透明陶瓷氧化铝、氧化钇或氮化铝、氟化钙具有优异的光学性能,耐高温,绝缘性好高压钠灯、激光器、高温探测窗等超导陶瓷—在某一临界温度下电阻为零,具有超导性电力、交通、医疗等领域三.新型无机非金属材料4、碳纳米材料(1)富勒烯是由

构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是

。(2)碳纳米管是由

卷成的管状物，具有

尺度的直径。比表面积大，具有高强度和优良的电学性能。(3)石墨烯是只有一个

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。碳原子C60石墨片层纳米碳原子注：碳纳米材料(富勒烯、石墨烯等)、金刚石、石墨都是碳的同素异形体，它们具有不同的结构(碳原子排列方式不同)和性质。

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