【课件】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.pptx

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1、第五章第五章 化工生产中的重要非金属材料化工生产中的重要非金属材料第三第三节节 无机无机非金属材料非金属材料1、能够了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。、能够了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。2、能能够够熟熟悉悉常常见见无无机机非非金金属属材材料料的的性性质质和和用用途途，能能结结合合硅硅、二氧化硅及硅酸盐材料认识物质组成、性能和应用的联系。二氧化硅及硅酸盐材料认识物质组成、性能和应用的联系。学习目标学习目标 材材料料是是人人类类赖赖以以生生存存和和发发展展的的物物质质基基础础，人人类类使使用用的的材材料料除除了了金金属属材材料料，还还有有无无机机非非金金属属材材料料等等。从从组

2、组成成上上看看，传传统统的的无无机机非非金金属属材材料料多多为为硅硅酸酸盐盐材材料料，在在日日常常生生活活中中随随处处可可见见。如如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。导导入新课入新课1、硅酸盐、硅酸盐(1)概念：概念：由由硅硅、氧氧和和金属金属组成的化合物组成的化合物的总称的总称(2)书写：书写：化学式法化学式法氧化物法氧化物法如：如：Na2SiO3、K2SiO3、CaSiO3等等黏土：黏土：Al2(Si2O5)(OH)4 原则：原则：a活泼活泼金属金属氧化物氧化物bSiO2cH2OAl2O32SiO22H2O 有关氧化物法表示硅酸盐的

3、组成的有关氧化物法表示硅酸盐的组成的说明：说明：(1)实实际际上上硅硅酸酸盐盐不不是是以以简简单单氧氧化化物物形形式式存存在在的的，而而是是以以各各种种结构复杂的结构复杂的盐盐的形式存在的。的形式存在的。一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料有关氧化物法表示硅酸盐的组成的有关氧化物法表示硅酸盐的组成的说明：说明：(1)实实际际上上硅硅酸酸盐盐不不是是以以简简单单氧氧化化物物形形式式存存在在的的，而而是是以以各各种种结构复杂的结构复杂的盐盐的形式存在的。的形式存在的。(2)拆分拆分时：时：各元素原子总个数比符合原来的各元素原子总个数比符合原来的组成组成若出现分数应化为若出现分数应化为整数整数各元素化合价各

4、元素化合价不变不变氧化物前面的计量数只针对该氧化物氧化物前面的计量数只针对该氧化物起作用起作用当多种当多种金属同时存在，活泼的写在金属同时存在，活泼的写在前面前面一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料(3)硅酸盐的结构：硅酸盐的结构：在在硅硅酸酸盐盐中中，Si和和O构构成成了了硅硅氧氧四四面面体体，每每个个Si结结合合4个个O，Si在在中中心心，O在在四四面面体体的的4个个顶顶角角；许许多多这这样样的的四四面面体体还还可可以以通通过过顶顶角角的的O相相互互连连接接，每每个个O为为两两个个四四面面体体所所共共有有，与与2个个Si相结合。相结合。SiOOOO(4)硅酸盐的性质：硅酸盐的性质：硅硅氧四面体结构

5、的特殊性决定了硅酸盐材氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料的性质具有料的性质具有硬度硬度高高、难难溶于水、耐溶于水、耐高温高温、耐、耐腐蚀腐蚀等等特点。特点。一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料(5)最简单的硅酸盐最简单的硅酸盐硅酸钠硅酸钠物理性质：物理性质：化学性质：化学性质：用途：用途：硅酸钠是硅酸钠是白白色色固体固体，可溶可溶于水，其水溶液是一种于水，其水溶液是一种黏稠状的液体，俗称水玻璃，是一种矿物胶。黏稠状的液体，俗称水玻璃，是一种矿物胶。硅酸钠的化学性质稳定，不能燃烧，其不易腐蚀，硅酸钠的化学性质稳定，不能燃烧，其不易腐蚀，热稳定性强，可与比硅酸热稳定性强，可与比硅酸酸性酸性强强的酸的酸反

6、应生成难溶于水的硅酸。反应生成难溶于水的硅酸。Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3 水玻璃可用作建筑材料、纸张黏合剂，金属防腐剂，水玻璃可用作建筑材料、纸张黏合剂，金属防腐剂，也可用于制备木材防火剂等。也可用于制备木材防火剂等。一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料2、常见的硅酸盐产品、常见的硅酸盐产品 无机非金属材料包括无机非金属材料包括传统无机传统无机非金属材料非金属材料(如陶瓷、玻璃水如陶瓷、玻璃水泥等硅酸盐材料泥等硅酸盐材料)和和新型无机新型无机非金属材料非金属材料(如单晶硅、二氧化硅、如单晶硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料等新型陶瓷、碳纳米材料等)。(1)陶瓷陶瓷 主要原料主要

7、原料：黏土黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐主要成分为含水的铝硅酸盐)生产：生产：用途：用途：黏土黏土 陶瓷陶瓷高温烧结高温烧结 用于生产建筑材料用于生产建筑材料、绝缘材料、日、绝缘材料、日常器皿、常器皿、卫生洁具等卫生洁具等一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料(2)玻璃玻璃主要原料主要原料：纯碱、石灰石和纯碱、石灰石和石英砂石英砂(主要成分主要成分SiO2)生产设备：生产设备：玻璃窑玻璃窑反应原理反应原理 ：Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2CaCO3SiO2=CaSiO3CO2高温高温 高温高温 主要主要成分成分：Na2SiO3、CaSiO3和和SiO22、常见的硅酸盐产品、常见的硅酸盐产品一

8、、硅酸盐材料一、硅酸盐材料(2)玻璃玻璃特点：特点：无固定熔点，在一定温度范围内无固定熔点，在一定温度范围内软化软化(玻璃态物质玻璃态物质)用途：用途：用于生产建筑材料用于生产建筑材料、光学仪器和各种光学仪器和各种器皿器皿、还、还可制造可制造玻璃纤维用于高强度玻璃纤维用于高强度复合材料等复合材料等2、常见的硅酸盐产品、常见的硅酸盐产品一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料加入元素加入元素或物质或物质 玻璃玻璃特性特性 用途用途铅铅光学玻璃光学玻璃：透光性透光性好好，折射率折射率高高制造眼镜、照相机制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜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

9、变化制造可用于实验室制造可用于实验室使用的玻璃仪器使用的玻璃仪器金属氧化金属氧化物或盐物或盐彩色彩色玻璃玻璃(Co2O3、CuO)用于用于建筑和装饰建筑和装饰特种玻璃特种玻璃：阅读课文：阅读课文P20资料卡片资料卡片(3)水泥水泥主要原料主要原料：黏土、石灰石黏土、石灰石生产设备：生产设备：水泥回转窑水泥回转窑主要主要成分成分：硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO3)、硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO3)、铝酸铝酸三三钙钙(3CaOAl2O3)2、常见的硅酸盐产品、常见的硅酸盐产品特点：特点：具有水硬性具有水硬性用途：用途：水泥水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土、沙子和碎石等与水混合可以得到

10、混凝土，大量，大量用于建筑和用于建筑和水利工程。水利工程。一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料高高纯纯度度的的含含硅硅元元素素的的材材料料：单单晶晶硅硅、二二氧氧化化硅硅等等，具具有有特特殊殊的光学和电学性能。的光学和电学性能。含含碳、氮碳、氮等其他元素，在航天、等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。能源和医疗等领域广泛应用。随着随着科学技术的发展，科学技术的发展，无机非金属材料突破了无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材系列新型无机非金属材料相继问世。料相继问世。二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅、硅和二氧化硅(1)硅硅存在

11、形式：存在形式：在在自然界主要以自然界主要以硅酸盐硅酸盐(如地壳中的大多数矿物如地壳中的大多数矿物)和氧化物和氧化物(如水晶、玛瑙如水晶、玛瑙)的的形式形式存在存在。制备：制备：、工业、工业上上用：用：焦炭石英砂焦炭石英砂粗粗硅硅SiO22C=Si(粗粗)2CO高温高温二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料制备：制备：、高纯硅的制备、高纯硅的制备石英砂石英砂粗硅粗硅SiHCl3高纯硅高纯硅18002000oC焦炭焦炭300oCHCl1100oCH2SiO22C=Si2CO18002000oCSi3HCl=SiHCl3H2300oCSiHCl3H2=Si3HCl1100oC二、新型无机非金

12、属材料二、新型无机非金属材料用途用途：高高纯纯硅硅广广泛泛应应用用于于信信息息技技术术和和新新能能源源技技术术等等领领域域。利利用用其其半半导导体体性性能能可可以以制制成成计计算算机机、通通信信设设备备和和家家用用电电器器等等的的芯芯片片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的，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。硅晶片是生产芯硅晶片是生产芯片的基础材料片的基础材料硅太阳能电池硅太阳能电池二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅、硅和二氧化硅(2)二氧化二氧化硅硅存在：存在：结晶形结晶形无定形无定形石英石英沙子沙子硅藻土硅藻土无色无色透明透明水晶水晶

13、彩色环带或彩色环带或层状层状玛瑙玛瑙硅藻土硅藻土二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料(2)二氧化二氧化硅硅用途：用途：、可用来生产光导纤维、可用来生产光导纤维光导纤维光导纤维的通信容量大，抗干扰性能的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信高通信效率。效率。、可用来制造石英表中的压电材料、可用来制造石英表中的压电材料、可用来制造电子部件和光学仪器等、可用来制造电子部件和光学仪器等二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料2、新型陶瓷：、新型陶瓷：新新型型陶陶瓷瓷在在组组成成上上不不再再限限于于传传统统的的硅硅酸酸盐盐体体系系，在在光

14、学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。材料类别材料类别主要特性主要特性用途用途SiC(俗称金刚砂俗称金刚砂)具具有有类类似似金金刚刚石石的的结结构构，硬硬度度很很大大，具具有有优优异异的的高温抗氧化性能高温抗氧化性能硬度大：硬度大：作砂纸和砂轮作砂纸和砂轮的的磨料磨料高温抗氧化性高温抗氧化性能：能：作耐高作耐高温结构材料、耐高温半导温结构材料、耐高温半导体材料体材料二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料2、新型陶瓷、新型陶瓷材料类别材料类别主要特性主要特性用途用途高温结构陶瓷高温结构陶瓷(一般用一般用SiC、Si3N4或某些金属

15、在高温或某些金属在高温下烧结而成下烧结而成)压电陶瓷压电陶瓷(主要有钛酸盐和主要有钛酸盐和锆酸盐锆酸盐)耐耐高温高温抗氧化抗氧化耐耐磨蚀磨蚀用于火箭发动机、汽车发用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等动机和高温电极材料等能实现能实现机械机械能与能与电能的电能的相互相互转化转化用于用于滤波器、扬声器、超滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等声波探伤器和点火器等二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料2、新型陶瓷、新型陶瓷材料类别材料类别主要特性主要特性用途用途透明陶瓷透明陶瓷(主要有氧化铝、氧主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟陶瓷和氮化铝、氟化钙等非透明陶瓷

16、化钙等非透明陶瓷)超导陶瓷超导陶瓷具有优异的光具有优异的光学性能、耐高学性能、耐高温，绝缘性好温，绝缘性好用于高压钠灯、用于高压钠灯、激光器和高温激光器和高温探测窗等探测窗等能实现能实现机械能与机械能与电能的相互电能的相互转化转化用于电力、交通、用于电力、交通、医疗等领域医疗等领域二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料3、碳纳米材料：、碳纳米材料：指指在在三三维维空空间间尺尺寸寸至至少少有有一一维维处处于于纳纳米米尺尺度度的、具有特定功能的材料。的、具有特定功能的材料。碳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，主要包括料，

17、主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。医药等领域有着广阔的应用前景。二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料碳纳米碳纳米材料材料碳纳米碳纳米管管富勒烯富勒烯石墨烯石墨烯二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料富勒烯富勒烯结构：结构：由碳原子构成的一系列笼形分子的总称由碳原子构成的一系列笼形分子的总称(代表物代表物C60)性质：性质：具有超导性能具有超导性能意义：意义：开启开启了碳纳米材料研究和应用的了碳纳米材料研究和应用的新时代新时代用途用途：在电学、磁学、光学等方面都有应用在电学、磁学、光学等方面都有

18、应用二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料结构：结构：由石墨片层卷成的管状物由石墨片层卷成的管状物性质：性质：比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能用途用途：生产生产复合材料、电池和传感器复合材料、电池和传感器等等碳纳米碳纳米管管二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料结构：结构：只有一个碳原子直径厚度的单层石墨只有一个碳原子直径厚度的单层石墨性质：性质：电阻率低、热导率电阻率低、热导率高，具有很高的强度高，具有很高的强度用途：用途：光电器件、超级光电器件、超级电容器、电池和复合材料电容器、电池和复合材料石墨烯石墨烯二、新型无机非金属材料

19、二、新型无机非金属材料1、硅的、硅的性质性质(1)晶体硅的物理性质晶体硅的物理性质色态色态光泽光泽熔沸点熔沸点硬度硬度晶体结构晶体结构导电性导电性灰灰黑色黑色固体固体金属金属光泽光泽熔沸熔沸点点高高硬而脆硬而脆和金刚石的和金刚石的结构类似结构类似介于导体和介于导体和绝缘体之间绝缘体之间(2)单质硅的单质硅的化学性质：化学性质：在在常温常温下硅的化学性质下硅的化学性质不不活泼，只能活泼，只能与氟与氟气、氢氟酸和烧碱等物质气、氢氟酸和烧碱等物质反应。反应。三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质(2)单质硅的单质硅的化学性质：化学性质：在常温下硅的化学性质不活泼，只能在常温下硅的化学性质不活泼

20、，只能与氟气、氢氟酸和烧碱等物质与氟气、氢氟酸和烧碱等物质反应。反应。稳定性稳定性Si2F2SiF4Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2注注：(1)Si是能与是能与NaOH溶液反应放出溶液反应放出H2的非金属单质的非金属单质(推断推断题的突破口题的突破口)(2)此反应可看作分两步进行：此反应可看作分两步进行：Si3H2OH2SiO32H22NaOHH2SiO3Na2SiO32H2O(与铝类似与铝类似)三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质还原性：还原性：在在加热或高温条件加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质下，硅能与某些非金属单质(如如Cl2、O2、C、N

21、2等等)发生反应。发生反应。(2)单质硅的单质硅的化学性质：化学性质：SiC=SiC 高温高温Si2Cl2SiCl4SiO2SiO23Si2N2Si3N4三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质2、二氧化硅硅、二氧化硅硅的的性质性质(1)物理性质：物理性质：无色晶体、熔点高、硬度大、不溶于水无色晶体、熔点高、硬度大、不溶于水(2)化学性质：化学性质：是是酸性氧化物，其化学性质不活泼，在通常情酸性氧化物，其化学性质不活泼，在通常情况下，不与水、酸况下，不与水、酸(除除HF)发生反应，能与碱溶液缓慢反应，发生反应，能与碱溶液缓慢反应，在高温下能与碱性氧化物反应。在高温下能与碱性氧化物反应。酸性

22、氧化物酸性氧化物的通性：的通性：、与、与碱碱反应：反应：、与碱性氧化物反应：、与碱性氧化物反应：SiO22NaOHNa2SiO3H2OSiO2CaO=CaSiO3高温高温三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质(2)SiO2的化学性质：的化学性质：弱弱氧化性：氧化性：SiO2C=Si2CO高温高温与某些盐反应与某些盐反应：Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2CaCO3SiO2=CaSiO3CO2高温高温 高温高温 特性特性：SiO24HFSiF42H2O 三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质(1)SiO22NaOHNa2SiO3H2O(具有具有黏黏性性)解释解释:盛装碱液或碱

23、性盛装碱液或碱性溶液不能用溶液不能用磨砂玻璃磨砂玻璃塞，而用塞，而用橡胶橡胶塞。塞。高温熔融高温熔融NaOH、Na2CO3时等时等固体固体不能不能 用用陶陶瓷瓷坩埚。坩埚。三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质(2)SiO24HFSiF42H2O 氢氟酸氢氟酸(HF)不能不能用用玻璃瓶盛装玻璃瓶盛装HF可用来雕刻玻璃可用来雕刻玻璃三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质练练、下列、下列有关硅及其化合物用途的说法中，正确的有关硅及其化合物用途的说法中，正确的是是()A.二氧化硅是制造太阳能电池的主要原料二氧化硅是制造太阳能电池的主要原料B.在在电子工业中，硅是重要的半导体材料电子工业中，硅是重要的半导体材料C.光导纤维光导纤维是高纯度的硅单质是高纯度的硅单质D.可用可用石英坩埚加热氢氧化钠固体石英坩埚加热氢氧化钠固体三、硅和二氧化硅的性质三、硅和二氧化硅的性质