（2019）新人教版高中化学必修二第五章 第三节 无机非金属材料ppt课件.pptx

1、第五章第五章 化工生产中的重要非金属元素化工生产中的重要非金属元素第三节第三节 无机非金属材料无机非金属材料1、了解硅及二氧化硅的主要性质及应用。2、了解硅在半导体工业和二氧化硅、传统的硅酸盐制品和新型的无机非金属材料的应用。3、认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。学习目标第 3 页硅是亲氧元素，自然界中无游离态单质硅，常以以化合态存在，主要形式为二氧化硅和硅酸盐CSi碳原子和硅原子最外层均有四个电子，既不容易失去电子，又不容易得到电子，主要形成四价化合物硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位2 42 8 4 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

2、料等。从组成上看，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。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。材料按照化学组成和特性来分：无机非金属材料金属材料高分子材料：传统无机非金属材料新型无机非金属材料塑料、合成橡胶、合成纤维1.1.无机非金属材料无机非金属材料从组成上看，许多无机非金属材料多含 、 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料硅氧耐高温抗腐蚀硬度高光学电学 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生

3、活中随处可见。如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。2.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧 结构，Si在中心，O在四面体的4个顶角，每个Si结合 个O，每个O结合 个Si。四面体42(2)用盐的化学式表示，如Na2SiO3用氧化物形式表示，如Na2OSiO2 注意事项：元素化合价不变 原子比例不变 多种金属同时存在，活泼的写在前面第 7 页无机非金属材料硅酸盐产品陶瓷水泥玻璃硅酸盐产品：陶瓷、玻璃、水泥1.1.陶瓷：人类应用最早的硅酸盐材料陶瓷：人类应用最早的硅酸盐材料 传统无机非金属材料原料：历史：应用：黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)青花瓷、唐三彩生产

4、建筑材料、绝缘材料、日用器皿、 卫生洁具等China 反应条件：高温烧结瓷都新石器时代就能烧制唐宋时期达到鼎盛：性质：陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。2.2.玻璃玻璃纯碱、石灰石和石英。纯碱、石灰石和石英。 玻璃的生产原料：玻璃的生产原料：玻璃熔炉玻璃熔炉原料原料： 纯碱、石灰石和石英砂纯碱、石灰石和石英砂工业设备：工业设备：普通玻璃的成分：普通玻璃的成分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2组成的混合物。组成的混合物。玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。玻璃无固定的熔沸点，在一定温

5、度范围内软化。 玻璃的性能：玻璃的性能：生产过程：生产过程： NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaCOCaCO3 3 +SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3 + CO + CO2 2高温高温 高温高温 加入元素加入元素或物质或物质 玻璃玻璃特性特性 用途用途含铅原料含铅原料光学玻璃光学玻璃:透光性透光性好好,折射率折射率高高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜硼酸盐硼酸盐耐耐化学腐蚀化学腐蚀、耐温度、耐温度急剧变化急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器制造可用于实验室使用的玻璃

6、仪器金属氧化物或盐金属氧化物或盐彩色玻璃彩色玻璃用于用于建筑和装饰建筑和装饰特种玻璃 （Co2O3、CuO）加入不同的金属氧化物普通玻璃加热近熔化再急速冷却 水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。3.3.水泥水泥混凝土：混凝土： 水泥、沙子和碎石等与水混合水泥、沙子和碎石等与水混合石膏石膏的的作用：作用：条件：条件：高温煅烧高温煅烧调节水泥硬化速率调节水泥硬化速率原料：粘土、石灰石原料：粘土、石灰石水泥主要成分：水泥主要成分：硅酸三钙：硅酸三钙：3CaO3CaO SiOSiO2 2硅酸二钙硅酸二钙: 2CaO: 2CaO SiOSiO2 2铝酸三钙铝酸三钙: 3CaO:

7、 3CaO AlAl2 2O O3 3共业设备：水泥回转窑共业设备：水泥回转窑水泥的性能：水硬性水泥的性能：水硬性1.1.硅硅二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料存在：存在：硅元素含量在地壳中居第二位。硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。物理性质物理性质灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体熔、沸点高、硬度大晶体硅是良好的半导体化学性质化学性质1.常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：O2、Cl2、硫酸等起反应，但在加热条件下，能跟一些非金属反应。Si+2NaOH+HSi+2N

8、aOH+H2 2O = NaO = Na2 2SiOSiO3 3+2H+2H2 2Si+2FSi+2F2 2 = SiF = SiF4 4Si+4HF = SiFSi+4HF = SiF4 4+2H+2H2 2硅单质的特性，其他非金属不具有该性质。2.2.加热时能与某些非金属单质反应加热时能与某些非金属单质反应 Si+O Si+O2 2=SiO=SiO2 2Si+2ClSi+2Cl2 2 = SiCl= SiCl4 43.3.硅的制备硅的制备SiO2+2C = Si+2CO (粗硅)高温Si+2Cl2 = SiCl4高温SiCl4+2H2 = Si+4HCl （高纯硅）高温若C过量： SiO2

9、+3C = SiC + 2CO 高温碳化硅(俗名：金刚砂)氧化剂/还原剂=1/24.4.用途用途Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料半导体材料, 用于集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等二氧化硅二氧化硅 （1 1）二氧化硅的存在）二氧化硅的存在硅石(天然)结晶形无定形在自然界主要存在于水晶、石英和沙子等物质中（2 2） 物理性质物理性质颜色颜色熔点熔点硬度硬度溶解性溶解性导电性导电性无色高大不溶于水不导电硅藻土石英、水晶、玛瑙、沙子SiOSiO2是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定是正四面体的空间网状结构，因此性质很稳定 二氧化硅（ SiO2）的晶

10、体结构第 19 页3.化学性质：是酸性氧化物 能与碱反应 能与碱性氧化物反应 能与氢氟酸反应（特性）=高温高温下，SiO2能与部分盐反应弱氧化性：高温实验室盛装实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶用溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？什么吗？防止玻璃中的防止玻璃中的SiOSiO2 2与与NaOHNaOH溶液反应生成粘稠溶液反应生成粘稠的的NaNa2 2SiOSiO3 3，使瓶塞和瓶口粘在一起。，使瓶塞和瓶口粘在一起。与氢氟酸反应用于刻蚀玻与氢氟酸反应用于刻蚀玻璃，因与玻璃反应故氢氟璃，因与玻璃反应故氢氟酸保存在塑料容器内酸保存在塑料容器内4.4.二氧

11、化硅的用途二氧化硅的用途制造制造光导纤维光导纤维和石英表中的和石英表中的压电材料压电材料第 23 页 二氧化碳 二氧化硅 状态水溶性化学性质与水反应与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应用 途CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+Na2O=Na2CO3CO2+CaO=CaCO3不反应=固 态溶于水气 态难溶于水SiO24HF=SiF42H2O 人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤CO2+H2O H2CO3高温思考与交流1、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O2、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所

12、以它是两性氧化物？错。因为SiO2 + 4HF= SiF4 +2H2O，生成的SiF4 不属于盐。4、如何除去SiO2中混有的CaO杂质？HCl3 3、新型陶瓷：、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。3.新型陶瓷结构：碳原子和硅原子通过共价键连接性能：高温抗氧化性能碳化硅陶瓷一般用碳化硅、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。高温结构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、

13、扬声器、超声波探伤器和点火器等。压电陶瓷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，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。超导陶瓷4.碳纳米材料 1、富勒烯富勒烯主要特性：由碳原子构成的主要特性：由碳原子构成的笼形分子 的总称，性质稳定。的总称，性质稳定。用途为：纳米科学提供重要的研究对象，用用途为：纳米科学提供重要的研究对象，用C60作车轮的作车轮的“纳米汽车纳米汽车”。2.碳纳米管碳纳米管 主要特性：比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。主要特性：比表面积大，有相当高的强度和优良的电

14、学性能。用途：生产复合材料、电池和传感器等。用途：生产复合材料、电池和传感器等。 3、石墨烯石墨烯主要特性：电阻率低、热导率高、强度高。主要特性：电阻率低、热导率高、强度高。用途：广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。用途：广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。课堂总结一、硅酸盐材料（1）陶瓷）陶瓷 （2）玻璃）玻璃 （3）水泥）水泥（1 1）硅和二氧化硫）硅和二氧化硫（2 2）新型陶瓷）新型陶瓷SiO2+2C=Si+2COSi+3HCl=SiHCl3+H2SiHCl3+H2=Si+3HCI180020001800200030030011001100二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是（ ）A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅C.陶瓷的主要原料是黏土D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料B B随堂演练2.下列关于硅酸的说法正确的是（）A硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得B可用反应Na2SiO3+2HCl = 2NaCl+H2SiO3制取C因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反D干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠B B