5.3無機非金屬材料 課件 高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

兩個推動人類文明的材料＊最早使用的材料是陶

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1958年集成電路誕生核心元素？硅硅的化合物約占地殼質量的90%一、傳統(tǒng)無機非金屬材料傳統(tǒng)非金屬材料多為硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃、水泥三大類。硅酸鹽結構硅氧四面體結構性質：硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕一、硅酸鹽材料第三節(jié)無機非金屬材料一、硅酸鹽硅酸鹽：由Si

、O金屬(鋁,鐵,鈣,鎂,鉀,鈉等)等元素組成的化合物的總稱表示方法：①用鹽的化學式表示，如Na2SiO3②用氧化物形式表示，如Na2O?SiO2一般：X金屬氧化物?YSiO2?ZH2O注意事項：①元素化合價不變、原子比例不變②計量數(shù)以整數(shù)書寫③多種金屬同時存在，活潑的寫在前面

Al2O3·2SiO2·2H2O例如：

長石（KAlSi3O8）、高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]

用氧化物的形式來表示硅酸鹽的組成，但硅酸鹽不是由氧化物組成的，是純凈物，屬于鹽類一、傳統(tǒng)無機非金屬材料---陶瓷陶瓷原料歷史應用黏土

(含水的鋁硅酸鹽)高溫燒結青花瓷、唐三彩china瓷都

生產建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等玻璃成分原料生產應用Na2SiO3、CaSiO3、SiO2純堿、石灰石和石英砂含鉛光學玻璃，加入硼酸鹽制實驗室玻璃儀器，加入金屬氧化物制造彩色玻璃SiO2Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑高溫一、傳統(tǒng)無機非金屬材料---水泥黏土、石灰石水泥原料應用條件水泥回轉窯中煅燒，發(fā)生復雜反應水泥、沙子、碎石和水混合制作混凝土一、傳統(tǒng)無機非金屬材料小結產品原料設備主要成分性能用途陶瓷陶瓷窯耐高溫、硬度大、耐腐蝕、性質穩(wěn)定玻璃透光性好、硬度大、無固定熔點水泥遇水逐漸變硬(水硬性)硬化后性質穩(wěn)定黏土黏土、石灰石、適量石膏玻璃窯水泥回轉窯含水的鋁硅酸鹽Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、各種器皿、光學儀器等用于建筑和水利工程純堿、石灰石、

石英砂常見的硅酸鹽材料新型無機非金屬材料：滿足科技發(fā)展的需要，應用于高端領域，含有硅、碳、氮等元素二、新型無機非金屬材料（一）硅和二氧化硅第三周期、第ⅣA族硅元素地殼中含量排第二，應用最廣泛的半導體材料，是親氧元素，自然界無硅單質+162841、硅硅單質硅，金屬光澤的灰黑色固體，熔沸點高、硬度大、有脆性，導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料，高純度硅廣泛應用于信息技術和新能源技術等領域。拓展：金剛石和晶體硅的結構相似。在晶體中，每個碳硅原子都以共價鍵與相鄰4個碳（硅）原子結合，形成正四面體的立體網狀。所以，金剛石和晶體硅的熔沸點都很高，硬度也很大。加熱Si+O2

===SiO2加熱Si+Cl2===SiCl4高溫Si+C===SiC(金剛砂)Si+2F2===SiF4Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑Si+4HF===SiF4↑+2H2↑(與唯一酸反應)①常溫下化學性質不活潑，只能跟F2、HF、NaOH溶液反應。②在加熱條件下，單質硅能與Cl2、O2、C等非金屬單質反應。(1)硅的性質①SiO2+2CSi+2CO↑18000C~20000C②Si+3HClSiHCl3+H23000C③SiHCl3+H2Si+3HCl11000C高溫SiO2+2C===Si+2CO↑粗硅的制取注意產物不是CO2高純硅的制取(2)硅的制取2、二氧化硅（1）存在（2）二氧化硅的結構硅藻土石英、水晶、瑪瑙、沙子結晶形：無定形：統(tǒng)稱硅石SiO2是二氧化硅的化學式(表示組成)而不是分子式，是化學式。（3）物理性質是一種堅硬難熔的固體，不溶于水，純凈的二氧化硅無色透明。二氧化硅①酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性a.

SiO2

不溶于水，不與水反應b.SiO2

可與堿性氧化物反應SiO2+CaO

CaSiO3高溫c.SiO2

可與強堿反應SiO2

+2NaOH

Na2SiO3

+H2O③特性：SiO2

可與氫氟酸（HF）反應SiO2+4HFSiF4↑+2H2O(4)化學性質②弱氧化性：SiO2+2C===Si+2CO↑高溫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硅芯片硅太陽能電池板光導纖維(SiO2)①高純硅用于制造芯片和硅太陽能電池。（5）硅和二氧化硅的用途除此之外，高純硅還用于傳感器、探測器領域。②二氧化硅用于生產光導纖維。石英鐘表坩堝水晶飾品瑪瑙飾品玻璃③二氧化硅用于飾品、化學儀器等。a.難溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液變紅a.受熱易分解：△H2SiO3===H2O+SiO2b.與堿反應：H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O①弱酸②不穩(wěn)定性硅酸補充---硅膠硅酸凝膠經干燥脫水就形成干膠，稱為“硅膠”。藍色硅膠干燥劑（氯化鈷）橙色硅膠干燥劑（甲基紫）硅膠：可作干燥劑和催化劑的載體。1.性質制備硅膠、木材防火劑、肥皂填充劑、黏膠劑相對穩(wěn)定、不能燃燒、不易被腐蝕，水溶液有黏性Na2SiO3水溶液俗稱：水玻璃2.用途Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(膠體)＋Na2CO3硅酸鈉討論：將過量的CO2分別通入：①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca(OH)2溶液；④飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④C．①②③D．②③B類別成分性能應用金剛砂高溫結構陶瓷壓電陶瓷透明陶瓷超導陶瓷YBa2Cu3O7-δBi2Sr2Ca2Cu3O10Tl2Ba2Ca2Cu3O10SiC、Si3N4某些金屬氧化物耐高溫、抗氧化、耐腐蝕火箭發(fā)動機、高溫電極材料鈦酸鹽、鋯酸鹽實現(xiàn)機械能與電能的相互轉化濾波器、揚聲器、點火器氧化鋁、氧化釔氮化鋁、氟化鈣優(yōu)異的光學性能、耐高溫，絕緣性好高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗某臨界溫度下電阻為零，超導性電力、交通、醫(yī)療耐高溫結構材料耐高溫半導體材料碳化硅(SiC)硬度大、耐高溫、抗氧化2.新型陶瓷二、新型無機非金屬材料納米汽車富勒烯包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領域有著廣闊的應用前景3.碳納米材料富勒烯是由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱，如C60，可制碳納米材料。二、新型無機非金屬材料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。比表面積大，有相當高的強度和優(yōu)良的電學性能，可用于生產復合材料、電池和傳感器等。二、新型無機非金屬材料石墨烯電池石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。其在光電器件、超級電容器、電池和復合材料等方面的應用研究正在不斷深入?！岸瑠W會”演員服飾用上石墨烯智能發(fā)熱防寒保暖

世界上最小的車是什么車？既不是各大汽車廠商的迷你系列轎車，也不是孩子們的玩具模型，而是由荷蘭格羅寧根大學有機化學教授本·費林加研制的納米車。它的輪軸能像汽車的輪軸一樣平滑旋轉，而輪軸末端是4個“巴基球”做成的輪子?！鞍突颉笔怯?0個碳原子構成的納米級球狀分子，具有很多新奇的特性，在納米技術研究中很受科學家重視。納米車的輪子可滾動電子顯微鏡下觀察到的納米汽車

碳納米材料是近年來人們十分關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)藥等領域有著廣闊的應用前景?；瘜W趣史C60的發(fā)現(xiàn)1985，美國化學家斯莫利和柯爾以及英國化學家克魯特，通過激光照射石墨實驗，發(fā)現(xiàn)新型單質C60分子。并在建筑設計師富勒設計球形建筑的啟發(fā)下，繪制出由20個正六邊形和12個正五邊表構成的“籠狀”分子結構，并把它命名為“富勒烯”，因分子結構形似足球，又稱為“足球烯”。

1996年三個化學家獲諾貝爾化學獎。討論1：判斷正誤(1)晶體硅熔點高、硬度大，故可用作半導體材料(

)(2)石英砂可用于生產單晶硅(

)(3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可與水反應(

)(4)氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料(

)(5)向硅酸鈉溶液中通入適量CO2，出現(xiàn)