5.3+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第一课时硅酸盐材料

许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，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

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。5.3.1硅酸盐材料5.3.1硅酸盐材料

随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。(如石墨烯、碳纤维等）5.3.1硅酸盐材料材料分类无机非金属材料金属材料：包含纯金属和合金有机高分子材料传统无机非金属材料：如玻璃、陶瓷、水泥新型无机非金属材料：如硅和二氧化硅、

新型陶瓷、碳纤维等复合材料一、硅酸盐的概念、结构与特点1.概念及表示方法5.3.1硅酸盐材料硅酸盐硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中由金属、硅、氧等元素形成的盐①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O•SiO2、CaO•SiO2存在：概念：表示方法：一、硅酸盐的概念、结构与特点1.概念及表示方法5.3.1硅酸盐材料①书写形式一般为：X金属氧化物•YSiO2•ZH2O②元素化合价不变、原子比例不变③计量数以整数书写④多种金属同时存在，活泼的写在前面【注意】

长石（KAlSi3O8）、高岭土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物的形式表示？

【思考】

Al2O3·2SiO2·2H2O

K2O·Al2O3·6SiO2一、硅酸盐的概念、结构与特点2.结构5.3.1硅酸盐材料Si和

O构成了硅氧四面体每个

Si结合

4个

O，

Si在中心，O在四面体的

4个顶角许多四面体通过顶角的O相互连接每个

O为两个四面体所共有，与

2个

Si相结合大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等3.特点二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸盐材料二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸盐材料黏土

(主要成分为含水的铝硅酸盐)高温烧结而成抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等主要原料反应原理特

点应

用1．陶瓷(人类最早使用的硅酸盐产品)二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸盐材料2．玻璃石英砂

(主要成分SiO2)、纯碱、石灰石高温下发生复杂的物理和化学变化制得Na2SiO3CaSiO3SiO2主要原料反应原理主要成分二、传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥5.3.1硅酸盐材料3．水泥黏土、石灰石水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化具有水硬性（与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬）水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程加适量石膏可调节水泥硬化速率主要原料反应原理特

点应

用三、最简单的硅酸盐——硅酸钠5.3.1硅酸盐材料1．Na2SiO3白色固体，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。2．用途：黏合剂，防火剂，制备硅胶。四、硅酸5.3.1硅酸盐材料1.白色胶状固体，不溶于水。2.弱酸性：酸性比碳酸弱。3.不稳定性：受热易分解，H2SiO3

SiO2+H2O4.制备（强酸制弱酸）：Na2SiO3+2HCl===2NaCl

+H2SiO3(胶体)Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3(胶体)+Na2CO3△硅酸聚合硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶（硅胶）5．用途5.3.2新型无机非金属材料你能想象得出图中的它们都是以硅或硅的化合物材料制成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？让我们走进教材一起学习新型无机非金属材料。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：

有一些是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。还有一些含碳、氮元素等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。5.3.2新型无机非金属材料一、硅1.存在形式硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。5.3.2新型无机非金属材料一、硅2.物理性质带有金属光泽灰黑色固体硬度大、熔点高处于金属与非金属的过渡位置半导体材料5.3.2新型无机非金属材料一、硅3.化学性质（1）与非金属单质反应a.与F2：Si+2F2

===SiF4；b.与Cl2：Si+2Cl2

SiCl4；c.与O2：Si+O2SiO2；d.与C：Si+CSiC（2）与酸、碱反应a.与HF反应：Si+4HF===SiF4↑

+2H2↑；b.与强碱溶液反应：Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑5.3.2新型无机非金属材料制备原理制备流程反应方程式

一、硅4.硅的制备用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。5.3.2新型无机非金属材料一、硅5.晶体硅的用途集成电路晶体管Si导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，是信息技术的关键材料。硅太阳能电池电脑中央处理器（CPU）【例2】下列关于硅的说法不正确的是（

）A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D．当加热到一定程度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应题型二：硅的性质与用途C5.3.2新型无机非金属材料你知道水晶、玛瑙、沙子的主要成分是什么吗？5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅价值5元的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙成金从沙滩到用户5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅1.

SiO2存在形式天然二氧化硅分为结晶形和无定形两种，统称硅石。二氧化硅石英硅藻土结晶形SiO2：无定形SiO2：水晶：无色透明（纯净的二氧化硅）玛瑙：具有彩色环带状或层状5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅（2）物理性质：纯净的SiO2是无色透明的，其熔、沸点高，硬度大，不溶于水，不导电（1）结构：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.

SiO2的结构与物理性质5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅1.某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确?不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考与交流5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅3．二氧化硅的化学性质（1）酸性氧化物的通性①与NaOH反应：_______________________________________；②与CaO反应：SiO2+CaO

CaSiO3（2）弱氧化性（与碳反应）（3）与某些盐反应（如制备玻璃）

SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅3．二氧化硅的化学性质（1）酸性氧化物的通性（2）弱氧化性（与碳反应）（3）与某些盐反应（4）与HF反应（特性）与HF反应：_______________________________________________SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅2．实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O思考与交流5.3.2新型无机非金属材料二、二氧化硅5.

SiO2的用途光导纤维水晶、玛瑙饰品耐高温的化学仪器【例1】下列关于二氧化硅的说法正确的是（

）A．二氧化硅是酸性氧化物，所以二氧化硅能溶于水生成硅酸B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸C．因为高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应能放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐B题型一：二氧化硅的性质与用途【例2】下列关于二氧化硅的说法中，正确的是（）A．二氧化硅是一种酸性氧化物，不与任何酸发生反应B．二氧化硅分子中含有一个硅原子和两个氧原子C．氢氟酸能雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶盛放氢氟酸D．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物C题型一：二氧化硅的性质与用途5.3.2新型无机非金属材料三、新型陶瓷1.新型陶瓷包括高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等2.组成上不限于硅酸盐，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。碳化硅（SiC），俗称金刚砂硬度很大，可作砂纸、砂轮的磨料高温抗氧化，使用温度可达1600℃耐高温的碳化硅陶瓷轴承5.3.2新型无机非金属材料三、新型陶瓷①高温结构陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。②压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。③透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。④超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。

资料卡片——新型陶瓷5.3.2新型无机非金属材料四、碳纳米材料

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。富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，代表物C60C60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。5.3.2新型无机非金