【課件】無(wú)機(jī)非金屬材料 課件 2022-2023學(xué)年高一下學(xué)期人教版(2019)化學(xué)必修第二冊(cè)

第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料材料按照化學(xué)組成和特性來(lái)分：無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料：傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料塑料、合成橡膠、合成纖維無(wú)機(jī)非金屬材料含有元素硅、氧等元素性能耐高溫、抗腐蝕、硬度高特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能其中傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料多為_(kāi)_______材料，通常包括___________________三種硅酸鹽陶瓷、玻璃和水泥你知道這些地標(biāo)性建筑用到了哪些材料嗎？一、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料1.在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體結(jié)構(gòu)2.

硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕特點(diǎn)。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)：1.陶

瓷黏土

(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)高溫?zé)Y(jié)而成抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等

(人類最早使用的硅酸鹽產(chǎn)品)主要原料反應(yīng)原理特

點(diǎn)應(yīng)

用2、玻璃玻璃成分原料Na2SiO3、CaSiO3、SiO2純堿、石灰石和石英砂SiO2

SiO2

+

Na2CO3

Na2SiO3

+

CO2↑

SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑高溫高溫設(shè)備玻璃窯———————————————————————應(yīng)

用生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿、還可制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等。3.水

泥黏土

、石灰石主要原料反應(yīng)原理特

點(diǎn)應(yīng)

用水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化加適量石膏可調(diào)節(jié)水泥硬化速率具有水硬性（與水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬）水泥、沙子和碎石等與水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程二、新型非金屬材料1、硅硅元素：Si在自然界的存在原子結(jié)構(gòu)示意圖周期表中位置含量存在形態(tài)地殼中居第____位________________

__________________二氧化物硅酸鹽第三周期第ⅣA族硅是一種親氧元素，在自然界總是與氧相互結(jié)合自然界的硅：______單質(zhì)硅不存在硅的化學(xué)性質(zhì)在常溫下只能與氟氣(F2)、HF、氫氧化鈉反應(yīng)，加熱時(shí)能與氧氣、氯氣反應(yīng)。①穩(wěn)定性：常溫下三反應(yīng)Si+2F2==SiF4Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+4HF==SiF4↑+2H2↑(與唯一酸反應(yīng))②還原性：加熱(高溫)三反應(yīng)加熱Si+Cl2==SiCl4加熱Si+O2==SiO2高溫Si+C==SiC(金剛砂)硅的用途硅晶片用于生產(chǎn)芯片硅元素處于金屬與非金屬的過(guò)渡位置，硅單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料。晶體硅中的雜質(zhì)會(huì)影響其導(dǎo)電性能，因此必須制備高純度的硅。工業(yè)上用焦炭還原石英砂可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅SiO2+2C==Si+2CO↑(粗硅)高溫該反應(yīng)不能說(shuō)明C的還原性強(qiáng)于Si高純硅的制備工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。①

SiO2+2CSi+2CO↑18000C~20000C②

Si+3HClSiHCl3+H23000C③

SiHCl3+H2Si+3HCl11000C價(jià)值5元的沙子價(jià)值5000元的芯片點(diǎn)沙成金

由二氧化硅制高純硅的流程如下，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是

A．①②③均屬于氧化還原反應(yīng)

B．H2和HCl均可循環(huán)利用

C．SiO2是一種堅(jiān)硬難熔的固體

D．X為CO2D2、二氧化硅沙子石英砂瑪瑙水晶SiO2思考與交流物理性質(zhì)

化學(xué)穩(wěn)定性

?硬度?熔點(diǎn)?水溶性大高不溶于水穩(wěn)定?根據(jù)SiO2的存在，請(qǐng)分析以下問(wèn)題：SiO2具有哪些物理性質(zhì)？化學(xué)穩(wěn)定性如何？二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)________氧化物?與堿反應(yīng)SiO2+2NaOH有粘性?實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡

皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎?思考玻璃中的SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成有粘性的Na2SiO3，使瓶塞與瓶口粘在一起而難以打開(kāi)。=Na2SiO3+H2O（提示：玻璃中含有SiO2）酸性組織建設(shè)你知道玻璃上的圖案是如何刻上去的嗎？二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)特性

?與氫氟酸(唯一的酸)反應(yīng)SiO2+4HF

常用于刻蝕玻璃?氫氟酸能保存在玻璃瓶中嗎？思考不能，應(yīng)保存在塑料瓶中。＝SiF4↑+2H2O思考?SiO2既能與堿反應(yīng)，又能與氫氟酸反應(yīng)，那么SiO2是

兩性氧化物嗎?不是，SiO2雖然能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，但是生成的SiF4不是鹽。二、化學(xué)性質(zhì)SiO2

屬于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性①SiO2

不溶于水，不與水反應(yīng)②SiO2

可與堿性氧化物反應(yīng)SiO2+CaO

CaSiO3高溫③SiO2

可與強(qiáng)堿反應(yīng)SiO2

+2NaOH

Na2SiO3

+H2O特性：SiO2

可與氫氟酸（HF）反應(yīng)SiO2+4HFSiF4↑+2H2O總結(jié)：硅酸鈉

Na2SiO3物理性質(zhì)白色可溶于水的粉末狀固體，水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，有很強(qiáng)的黏合性?；瘜W(xué)性質(zhì)與酸反應(yīng)：Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3↓①黏合劑

②耐火阻燃劑；用途Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓硅酸鈉水溶液久置在空氣中會(huì)出現(xiàn)白色渾濁是一種很弱的酸，酸性比碳酸還弱，是一種白色膠狀沉淀；不穩(wěn)定，受熱易分解。H2SiO3H2O+SiO2

如何制備硅酸？已知：酸性：鹽酸>碳酸>硅酸強(qiáng)酸制弱酸Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3↓Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓硅酸

H2SiO3高中化學(xué)唯一難溶性酸二氧化硅可用來(lái)生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維石英坩堝玻璃儀器精美瓷器（通信）二氧化硅用途光導(dǎo)纖維的通信容量大，抗干擾性能好，傳輸?shù)男盘?hào)不易衰減，能有效提高通訊效率。

下列關(guān)于二氧化硅的敘述正確的是（）A．SiO2能與水反應(yīng)生成硅酸

B．SiO2與CO2的結(jié)構(gòu)相同

C．SiO2用于太陽(yáng)能電池

D．SiO2與氫氧化鈉反應(yīng)生成的鹽，因此儲(chǔ)存在帶橡

膠塞的試劑瓶中D知識(shí)鞏固課堂練習(xí)2.下列關(guān)于硅酸的說(shuō)法正確的是（）A．硅酸可以通過(guò)

SiO2

和

H2O

化合反應(yīng)直接制得

B．可用反應(yīng)

Na2SiO3+2HCl

=2NaCl+H2SiO3↓

制取硅酸C．因?yàn)楣杷犭y溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng)

D．干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉B課堂練習(xí)3、新型陶瓷

碳化硅（SiC）俗稱金剛砂，其中的碳原子和硅原子通過(guò)共價(jià)鍵連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料。耐高溫結(jié)構(gòu)材料和耐高溫半導(dǎo)體材料。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷透明陶瓷壓電陶瓷超導(dǎo)陶瓷新型陶瓷

碳納米材料是近年來(lái)人們十分關(guān)注的一類新型無(wú)機(jī)非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯

等。

在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。4、碳納米材料

富勒烯

C60是富勒烯的代表物。

C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對(duì)象，開(kāi)啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時(shí)代。富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱。

碳納米管

碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。碳納米管可以看成是由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。

石墨烯

作為一種具有優(yōu)異性能的新型材料，石墨烯在光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入。石墨烯是只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度。硅酸鹽組成表示硅酸鈉（Na2SiO3)鎂橄欖石（Mg2SiO4）鈣沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2ONa2O

·SiO22MgO

·SiO2CaO

·Al2O3·3Si