无机非金属材料人教版高中化学必修二课件

组成
不再限于传统的硅酸盐体系
第 25 页
新型陶瓷
阅读P23新型陶瓷
5.3 无机非金属材料人教版（2019）高中化 学必修 二课件( 共32张 PPT)
在光学、热学、电学、磁学等方面具 特 性 和 功 能 有很多新的特性和功能
实例
SiC
金俗 刚称 石
具有类似金刚石的结构，硬度很大 ，可用作砂纸和砂轮的磨料
Si +14 2 8 4
C +6 2 4
硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失 去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。
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硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位
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具有优异的高温抗氧化性能，使用 温度可达1600℃，可用作耐高温结 构材料、耐高温半导体材料
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新型无机非金属材料 一、硅和二氧化硅 二、新型陶瓷 三、碳纳米材料
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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。
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硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。 碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
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新型无机非金属材料
第9 页
一、硅和二氧化硅
（1）硅元素的存在与结构
翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构 示意图，并与碳原子比较。
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提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上 述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。
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晶体硅的用途
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硅的制备
如何制备高纯度的硅？
工业上用焦炭还原石英砂可知制得含有少量杂质的粗硅
⑴SiO2+2C 高==温Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑ 碳化硅(俗名：金刚砂)
提纯
高温
⑵Si+3HCl == SiHCl3+H2
高温
⑶SiHCl3+H2 == Si+3HCl （高纯硅）
二氧化硅的用途
第 20 页
SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然 界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。
石英坩埚
玻璃仪器
精美瓷器
光导纤维（通信）
P 22
拓展
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
雕刻玻璃，你会吗？
实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！
思考 交流
1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ 第 22 页
第 26 页
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三、碳纳米材料
第 27 页
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60
开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米材料
是由石墨片层卷成的管状物 碳 纳 米 管 有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、
电池和传感器等。
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石墨烯
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于 光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面
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传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
第4 页
传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
第5 页
产品
原料
主要成分
应用
陶瓷 玻璃
__黏__土___(含水的
铝硅酸盐)
纯碱、石灰石和 石英砂（主要成 分是SiO2）
普通玻璃：
Na2SiO3、 CaSiO3和SiO2
生产建筑材料、绝缘材料、日 用器皿、卫生洁具等
生产建筑材料、光学仪器和各 种器皿，制造玻璃纤维用于高 强度复合材料
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当堂巩固第 30 页
1、地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质
是（ B ）
A.熔点很高
B.与水反应生成对应的酸
C.可与烧碱反应生成盐
D.坚硬
2、要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（ B ）
请同学们准备好：
课本、练习本、笔记本、双色笔
化学 · 必修 第二册第五章
第三节 无机非金属材料
无
含有元素 硅氧等元素
阅读P19页内容
机
非
性能
耐高温、抗腐蚀、硬度高
金
特殊的光学、电学等性能
属 材
应用
日常生活应用 航空航天领域
料
信息领域
新能源领域
无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为_传__统__无__机__非__金__属__材__料__和 新__型__无__机__非__金__属__材__料__两种，其中传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，通常包 括陶瓷、玻璃和水泥三种
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处
于
金
属
与
非
金
属
的
过
渡
位
置
半导体 材料
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（1）硅元素的存在与结构 硅的原子结构
通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？
思考 交流
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硅的存在形式
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。
第7 页
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si 结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体 还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2 个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多 具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点
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。
化学性质:
①酸性氧化物
与碱性氧化物反应生成盐
高温
SiO2 + CaO == CaSiO3 与强碱反应生成盐和水
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 +H2O
与某些盐的反应
SiO2 + Na2CO3
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新型无机非金属材料 一、硅和二氧化硅 二、新型陶瓷 三、碳纳米材料
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高温
==
Na2SiO3
+
CO2↑
②不与水反应
③与HF的反应（ SiO2的特性） SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O
新型无机非金属材料 一、硅和二氧化硅 二、新型陶瓷 三、碳纳米材料
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二、新型陶瓷
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4、硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
第 32 页
Si
二氧化硅 二氧化硅（ SiO2）的晶体结构
第 18 页
物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。
SiO2的晶体结构
晶体Si的结构
硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定
二氧化硅（ SiO2）存在形式
水晶
结晶形（石英晶体）
二 氧
玛瑙
化
硅
的
存
在 无定形——硅藻土
内容解第读19 页
【课堂回眸】
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作业： 作业：
1.本节课学过的化学方程式，每个写两遍。 2.课本25页，1、2、3、4、5（1）、（2）。
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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
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?
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提示 SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑、SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑。
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为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水 、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？
B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点,但强度比较差
C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
【解析】选C。A项中,光导纤维是新型无机非金属材料;B项中,强度比较差是错误的;D 项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。
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内容解第读14 页
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硅的制备
知识点补充
内容解读 第 15 页
高温
SiO2+2C == Si+2CO ↑
(粗硅)
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性 大于硅？
水泥
黏土和石灰石以 及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
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【微思考】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石 英砂(主要成分为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3 、CaSiO3和SiO2,那么在生产过程中发生了怎样的反 应?试写出反应的化学方程式。
A.陶瓷
B.玻璃
C.水泥
D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2和CO2都属于酸性氧化物,性质相似,SiO2与氢氧化钠 溶液反应的化学方程式为________,工艺师常用________________ (填物质名称)来雕刻
玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作________。 (4)工业上常利用反应2C+SiO2 Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的 物质是______(填化学式,下同),氧化剂是________________。
A.纯碱溶液 B.盐酸 C.硫酸
D.苛性钠溶液
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3、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是
()
第 31 页
A.传统无机非金属材料是指:光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
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
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集成电路
晶体管
电脑中央处理器 硅太阳能电池 （CPU）
晶体硅的用途
价值5000元的芯片 点沙 成金 价值5元的沙子
从沙滩到用户
SiO2
第 17 页