【高中化學(xué)】無機非金屬材料++課件+高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

第三節(jié)無機非金屬材料新課展示材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。金屬材料非金屬材料無機非金屬材料金屬材料高分子材料：傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料塑料、合成橡膠、合成纖維陶瓷，玻璃，水泥硅和SiO2，新型陶瓷，碳納米材料非金屬材料傳統(tǒng)非金屬材料新型非金屬材料非金屬材料1、性能和優(yōu)點具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。2、分類一、傳統(tǒng)非金屬材料傳統(tǒng)非金屬材料多為硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃、水泥三大類。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)硅氧四面體結(jié)構(gòu)決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點。1、陶瓷陶瓷原料歷史應(yīng)用黏土

(含水的鋁硅酸鹽)青花瓷、唐三彩China瓷都

生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等2、玻璃玻璃成分原料應(yīng)用Na2SiO3、CaSiO3、SiO2純堿、石灰石和石英砂生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器、制造玻璃纖維用于高強度復(fù)合材料等SiO2玻璃的生產(chǎn)以純堿、石灰石和石英砂為原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而制得的。SiO2

+

Na2CO3

Na2SiO3

+

CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑高溫高溫硅酸鈣硅酸鈉硅酸鈉(Na2SiO3)

白色固體，具有黏合性，可溶于水。是制備硅膠和木材防火劑等的原料。Na2SiO3水溶液俗稱：

水玻璃Na2SiO3不同性能的玻璃3、水泥黏土石灰石水泥原料應(yīng)用條件高溫煅燒制作混凝土、大量用于建筑和水利工程。石膏的作用：調(diào)節(jié)水泥硬化速率水泥、沙子、碎石和水二、新型非金屬材料滿足科技發(fā)展的需要，應(yīng)用于高端領(lǐng)域1、硅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1、硅硅是一種親氧元素，在自然界總是與氧相互結(jié)合以化合態(tài)存在單質(zhì)的導(dǎo)電性：介于導(dǎo)體與絕緣體之間處于金屬與非金屬的過渡位置自然界的硅：不存在單質(zhì)硅高純硅的制備工業(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。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。①

SiO2+2CSi+2CO↑18000C~20000C②

Si+3HClSiHCl3+H23000C③

SiHCl3+H2Si+3HCl11000C硅的用途半導(dǎo)體材料硅晶片用于生產(chǎn)芯片二氧化硅的性質(zhì)純凈的二氧化硅晶體，是一種堅硬、脆、不溶于水的無色透明的固體一、物理性質(zhì)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

可與強堿反應(yīng)SiO2

+2NaOH

Na2SiO3

+H2O有粘性?實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞，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。（提示：玻璃中含有SiO2）與氫氟酸HF反應(yīng)——常用于雕刻玻璃

SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O特性：?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。光導(dǎo)纖維石英坩堝瑪瑙水晶SiO2的用途建筑材料玻璃沙子光導(dǎo)纖維難溶于水溶解度很小，是一種弱酸，酸性弱于碳酸，不能使指示劑變色——硅酸(H2SiO3)1、物理性質(zhì)【拓展】硅膠用途：做干燥劑——硅酸(H2SiO3)2、化學(xué)性質(zhì)【拓展】3、制備不穩(wěn)定性H2SiO3

=SiO2+H2O▲原理：強酸制弱酸Na2SiO3+2HCl=H2SiO3

(膠體)+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=

H2SiO3(膠體)+Na2CO33、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共價鍵連接，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。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人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，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——富勒烯碳納米材料

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象，開啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時代。富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱?！技{米管碳納米材料

碳納米管的比表面積大，有相當(dāng)高的強度和優(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。——石墨烯碳納米材料

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。石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結(jié)構(gòu)使其電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強度。新型無機非金屬材料突破了傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，常見類型有兩類。1、高純度的含硅元素的材料：2、一些含碳、氮元素的物質(zhì)：新知探究一、新型無機非金屬材料概述如單晶硅(Si)、二氧化硅(SiO2)等，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能，是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料。如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等，在航天、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。溫故知新硅元素的“位——構(gòu)——性”硅原子結(jié)構(gòu)及在周期表中的位置：第三周期第ⅣA族既不容易得到4個電子，也不容易失去4個電子。硅元素的最高價態(tài)為+4，最低價態(tài)為-4。常見的化合價及相應(yīng)化合物有：硅原子形成的化學(xué)鍵類型結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)共價鍵硅—統(tǒng)治無機礦物界：硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。碳—統(tǒng)治有機界：碳是構(gòu)成有機物的主要元素。SiH40Si+4Si02H2SiO3SiO32--42、物理性質(zhì)結(jié)構(gòu)類似金剛石；1、

硅元素的存在硅元素含量在地殼中居第二位。硅是親氧元素，在自然界中沒有游離態(tài)，主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在。新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性。為硬而脆的灰黑色固體,熔點（1410）高,硬度大；Si+2F2==SiF4

Si+2F2=SiF4↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，只能與氟氣(F2)、氫氟酸(HF)、強堿(NaOH)溶液反應(yīng)，加熱可與一些非金屬單質(zhì)(Cl2、O2、C)反應(yīng)。3、化學(xué)性質(zhì)加熱

Si+O2=SiO2Si+C=SiC(金剛砂)高溫Si+4HF=

SiF4↑+2H2↑Si+2Cl2=SiCl4加熱新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(1)常溫下與氟氣(F2)、氫氟酸(HF)、強堿(NaOH)溶液反應(yīng)(2)加熱或高溫下與Cl2、O2、C反應(yīng)改寫成離子方程式與唯一酸反應(yīng)置換出H2的非金屬單質(zhì)與唯一堿反應(yīng)生成H2的非金屬單質(zhì)4、用途高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域。①利用其半導(dǎo)體性能可以制成計算機、通信設(shè)備和家用電器等的芯片；硅太陽能電池硅芯片新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)②可以制成光伏電站、人造衛(wèi)星和電動汽車等的硅太陽能電池。5、單晶硅的制備①工業(yè)制取粗硅②高純硅的制備的完整流程SiO2＋2CSi＋2CO↑

===高溫不是CO2！粗硅新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)過量碳與硅反應(yīng)生成的SiCSi+C=SiC(金剛砂)高溫4、單晶硅的制備②高純硅的制備的完整流程：資料卡片工業(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。石英砂焦炭HClH2粗硅SiHCl3高純硅1800-2000℃300℃1100℃新知探究(一)、硅(Si)二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)Si+3HCl=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃【思考與討論：】工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅？提示：氧化性、還原性的強弱，必須是在通常的情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強弱。由于該反應(yīng)有CO脫離體系，促進反應(yīng)進行。SiO2+2C

========Si+2CO↑1800~2000℃周期表實際是氧化性C>Si新知探究1、存在硅石結(jié)晶形：石英無定形水晶瑪瑙……紫水晶瑪瑙新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)煙水晶熔沸點高、硬度大、不溶于水2、物理性質(zhì)SiO2是二氧化硅的化學(xué)式(表示組成)而不是分子式，沒有SiO2分子，它是原子晶體【思考】為什么二氧化硅和二氧化碳物理性質(zhì)有這么大的差別？結(jié)構(gòu)不同新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)=1:2Si原子和O原子比例3、二氧化硅的用途①沙子是基本的建筑材料；

②純凈的SiO2是光學(xué)儀器和光導(dǎo)纖維的基本原料；③水晶、石英和瑪瑙可制作飾品和工藝品；④水晶用來制造電子工業(yè)中的重要部件。新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O4、

化學(xué)性質(zhì)③與HF反應(yīng)——唯一能與SiO2反應(yīng)的酸用途：刻蝕玻璃①酸性氧化物②弱氧化性與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O=Na2SiO3高溫與強堿溶液反應(yīng)與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑高溫SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑高溫工業(yè)生產(chǎn)玻璃原理SiO2+2C=Si+2CO↑高溫用途：制粗硅新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)【玻璃雕刻步驟】了解在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟【思考】1、為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？2、實驗室能否用玻璃瓶保存氫氟酸？新知探究二、硅(Si)和二氧化硅(SiO2)(二)、二氧化硅(SiO2)注意：實驗室用塑料瓶來盛裝HF。對比CO2和SiO2二氧化碳二氧化硅水堿堿性氧化物CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3不反應(yīng)SiO2+CaO=CaSiO3高溫HFSiO2+4HF=SiF4↑+2H2O不反應(yīng)碳CO2+C=2COSiO2+2C====Si+2CO↑高溫碳酸鹽SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O從組成上來分析，不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系。1、特性和功能：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。2、典型實例：碳化硅（SiC）（俗稱金剛砂）其中的碳和硅通過共價鍵連接，具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大。

性能：①硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料；②具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，可以用作耐高溫結(jié)構(gòu)材