5-3-無機(jī)非金屬材料-2022-2023學(xué)年高一化學(xué)同步學(xué)習(xí)高效學(xué)講練

2019人教版

必修第二冊

第五章

化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素第三節(jié)無機(jī)非金屬材料本課件內(nèi)嵌有高清視頻供老師參考使用視頻：無機(jī)非金屬材料

從沙子到芯片本頁可自行刪除【考綱要求】通過查閱資料，了解傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的原料、成分，認(rèn)識無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過硅、二氧化硅的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的學(xué)習(xí)，認(rèn)識硅單質(zhì)、二氧化硅在生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過新型無機(jī)非金屬材料的學(xué)習(xí)，認(rèn)識新型無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)中的應(yīng)用。知識導(dǎo)航人類使用的材料除了金屬材料，還有無機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有：耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。一．硅酸鹽材料傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，如玻璃、水泥、陶瓷等。1.硅酸鹽的結(jié)構(gòu)、特點結(jié)構(gòu)特點硅氧四面體硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點2.陶瓷產(chǎn)品主要原料制備過程生產(chǎn)應(yīng)用陶瓷黏土原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等3.玻璃和水泥產(chǎn)品主要原料主要設(shè)備主要成分用途普通玻璃純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、高強(qiáng)度復(fù)合材料等水泥石灰石、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸鹽和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程二．新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅（1）硅元素的存在硅在地殼中的含量為26.3%，僅次于氧，在地殼中含量居第二位。硅是一種親氧元素，其在自然界中總是與氧相互化合，自然界中以化合態(tài)形式存在。二氧化硅是硅最重要的化合物。硅原子和碳原子最外層電子數(shù)為4個，它們既難失去電子，也難得到電子，其中碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素，硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。（2）硅的工業(yè)制法及提純涉及的化學(xué)方程式：硅的用途：①良好的半導(dǎo)體材料；②太陽能電池；③計算機(jī)芯片（3）二氧化硅（SiO2）SiO2是硅最重要的化合物，地球上存在的天然二氧化硅稱為硅石，約占地殼質(zhì)量的12%，天然SiO2存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定型形兩大類。石英、水晶、瑪瑙、沙子的主要成分是SiO2?！就卣埂慷趸杞Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)二氧化硅中每個Si周圍結(jié)合4個O，Si在中心，O在4個頂角；許多個這樣的四面體又通過頂角的O相連，每個O與2個Si相結(jié)合，二氧化硅晶體中Si和O按1:2的比例組成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，二氧化硅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它的熔點高，硬度大，不導(dǎo)電，不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。SiO2的化學(xué)性質(zhì)：①不與水、一般的酸反應(yīng)②具有酸性氧化物的通性分別寫出SiO2與CaO、NaOH、溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：與Na2CO3反應(yīng)：固體高溫條件下③特性：與氫氟酸反應(yīng)，化學(xué)方程式為：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O二氧化硅的用途：①沙子是基本的建筑材料。②純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作光導(dǎo)纖維。③實驗室中使用的石英坩堝。④水晶和瑪瑙制作飾物和工藝品。【思考】實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而為什么不用玻璃塞？（提示：玻璃中含有SiO2）氫氧化鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉，使瓶口黏結(jié)無法打開2.新型陶瓷新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。如碳化硅(化學(xué)式SiC)俗稱金剛砂，碳原子和硅原子通過共價鍵連接,具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大、優(yōu)異的高溫抗氧化性能，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。材料類別主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷能承受高溫，強(qiáng)度高氮化硅陶瓷汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等壓電陶瓷具有電學(xué)特性鈦酸鋇陶瓷聲吶系統(tǒng)、氣象探測等透明陶瓷具有光學(xué)特性氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等超導(dǎo)陶瓷具有超導(dǎo)性超導(dǎo)陶瓷電力、交通、醫(yī)療等其它新型陶瓷3.碳納米材料(1)富勒烯:由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱,其代表物為C60。(2)碳納米管:由石墨片層卷成的管狀物,具有納米尺度的直徑。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。(3)石墨烯:只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨,其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度，應(yīng)用于光電器件、超級電容器、電池和復(fù)合材料。4.特殊功能的含硅材料：①含4%硅的硅鋼具有導(dǎo)磁性，主要用作變壓器的鐵芯；②人工合成的硅橡膠是最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠，用于火箭、飛機(jī)、導(dǎo)彈的零件和絕緣材料；③人工制造的分子篩，主要用作吸附劑和催化劑。效果檢測【典例1】下列敘述正確的是()A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以兩者物理性質(zhì)相似B．因為CaCO3＋SiO2===CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸酸性比碳酸強(qiáng)C．CO2和SiO2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑D．SiO2既能和NaOH反應(yīng)，又能和HF反應(yīng)，所以二氧化硅屬于兩性氧化物【答案】C【典例2】（2021·黑龍江·牡丹江市第十五中學(xué)高一期中）下列關(guān)于硅的說法不正確的是A．硅在地殼中的含量僅次于氧B．硅在自然界中既有化合態(tài)，又有游離態(tài)C．高純度的硅可用于制造計算機(jī)芯片D．硅單質(zhì)的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間【答案】B【典例3】光纜的主要成分為SiO2。下列敘述正確的是()A．CO2與SiO2都能跟H2O反應(yīng)生成相應(yīng)的酸B．SiO2與CO2都不能與酸反應(yīng)C．SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)D．水晶的主要成分是SiC【答案】C【典例4】單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)材料，其功能遠(yuǎn)比我們想象的要大得多，這對硅的純度要求很高。用化學(xué)方法可制得高純度硅，其化學(xué)方程式為下列對上述三個反應(yīng)的敘述中，錯誤的是()A．①③為置換反應(yīng)B．②為化合反應(yīng)C．