寒假自習(xí)課 2024-2025學(xué)年高一化學(xué)必修第二冊人教版教學(xué)課件 第五章 第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料

第三節(jié)

無機(jī)非金屬材料第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的原料、成分、性能及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用

(重點(diǎn))。2.了解硅、二氧化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用(難點(diǎn))。3.知道幾種常見的新型無機(jī)非金屬材料的成分及在生產(chǎn)中的應(yīng)用?！爸袊薄癱hina”——“瓷器”china是“瓷器”的意思。北宋景德鎮(zhèn)瓷窯出現(xiàn)，在南宋時(shí)興起，后名揚(yáng)世界，成為瓷都。英商十分喜愛中國瓷器，便用“china”為中國英文名稱。引入新課一、硅酸鹽材料1.無機(jī)非金屬材料組成元素，特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)？主要含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。——傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料陶瓷玻璃水泥2.常見的硅酸鹽材料——陶瓷、玻璃、水泥原料：用途：黏土(主要為含水的鋁硅酸鹽)性能：設(shè)備：陶瓷窯耐高溫、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定陶瓷建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等一、硅酸鹽材料原料：用途：純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)性能：設(shè)備：玻璃窯透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)玻璃建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、制造玻璃纖維等主要成分：硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)一、硅酸鹽材料2.常見的硅酸鹽材料——陶瓷、玻璃、水泥原料：用途：石灰石、黏土、輔料：適量的石膏性能：設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯遇水逐漸變硬(水硬性)，硬化后性質(zhì)穩(wěn)定水泥大量用于建筑和水利工程一、硅酸鹽材料2.常見的硅酸鹽材料——陶瓷、玻璃、水泥普通玻璃以純堿、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。寫出其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。思考1為什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)？思考2Na2CO3＋SiO2===CO2↑＋Na2SiO3、CaCO3＋SiO2===CaSiO3＋CO2↑高溫高溫在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體(如圖)：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，所以硅酸鹽材料大多具有以上等特點(diǎn)。一、硅酸鹽材料1.判斷正誤(1)漢代燒制出的“明如鏡、聲如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土(

)(2)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸鹽(

)(3)玻璃和水泥生產(chǎn)中都發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化(

)(4)陶瓷、玻璃、水泥的生產(chǎn)都需要在高溫下進(jìn)行(

)√√√√應(yīng)用體驗(yàn)一、硅酸鹽材料應(yīng)用體驗(yàn)2.硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽，硅酸鈉易溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，常用作黏合劑和防火劑。(1)硅酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式是_______

。(2)過量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，反應(yīng)的離子方程式是_____________

。2H＋===H2SiO3↓一、硅酸鹽材料硅酸(H2SiO3)的性質(zhì)(1)難溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液變紅；(2)與堿反應(yīng)：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O；歸納總結(jié)一、硅酸鹽材料(3)不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3===

H2O＋SiO2。二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅硅晶體Si在周期表中的位置？推測單質(zhì)硅的導(dǎo)電性？第三周期、第ⅣA族，處于金屬與非金屬的過渡位置。單質(zhì)導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料。(2)工業(yè)制粗硅石英砂+焦炭SiO2+2C===Si+2CO↑高溫(1)硅高純硅的制備涉及的主要反應(yīng)知識(shí)拓展二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅①SiO2+2CSi+2CO↑1800~2000℃②Si+3HCl

SiHCl3+H2↑300

℃③SiHCl3+H2

Si+3HCl1100

℃(2)二氧化硅的性質(zhì)物理性質(zhì)：水晶石英坩堝熔點(diǎn)高、硬度大、難溶于水化學(xué)性質(zhì)：SiO2+CaO===CaSiO3高溫SiO2+4HF===SiF4

↑+2H2O與一般的酸不反應(yīng)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O①酸性氧化物③特性②弱氧化性SiO2+2C===Si+2CO↑高溫二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅知識(shí)拓展光導(dǎo)纖維(3)硅和二氧化硅的用途高純硅：二氧化硅：二、新型無機(jī)非金屬材料1.硅和二氧化硅芯片太陽能電池板學(xué)以致用(1)SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，也能與氫氟酸反應(yīng)，它屬于兩性氧化物嗎？(2)能否用玻璃試劑瓶盛放氫氟酸？簡述理由。(3)為什么不能用磨口玻璃塞的試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液？(4)SiO2屬于酸性氧化物，能否用SiO2與水直接反應(yīng)制取H2SiO3？由SiO2如何來制取H2SiO3？用化學(xué)方程式表示。不屬于。SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，但并不生成鹽和水。不能，玻璃中含有SiO2，能被氫氟酸腐蝕NaOH與玻璃塞中的SiO2反應(yīng)，生成黏性Na2SiO3，把瓶塞與瓶口黏結(jié)在一起。二、新型無機(jī)非金屬材料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。金剛砂高溫結(jié)構(gòu)陶瓷壓電陶瓷蜂鳴器透明陶瓷(高壓鈉燈)超導(dǎo)陶瓷線圈二、新型無機(jī)非金屬材料2.新型陶瓷成分：碳化硅(SiC)性能：硬度大、耐高溫、抗氧化主要應(yīng)用：砂紙和砂輪的磨料、耐高溫半導(dǎo)體材料金剛砂高溫結(jié)構(gòu)陶瓷成分：碳化硅、氮化硅、金屬氧化物性能：耐高溫、抗氧化、耐腐蝕主要應(yīng)用：火箭和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、高溫電極材料等二、新型無機(jī)非金屬材料2.新型陶瓷壓電陶瓷成分：鈦酸鹽、鋯酸鹽等性能：機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)化主要應(yīng)用：濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等透明陶瓷成分：氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷；

氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷等性能：具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好主要應(yīng)用：高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等二、新型無機(jī)非金屬材料2.新型陶瓷性能：臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性；主要應(yīng)用：用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。超導(dǎo)陶瓷3.碳納米材料

主要富勒烯、碳納米管、石墨烯等，廣泛應(yīng)用于能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域。石墨烯電池二、新型無機(jī)非金屬材料2.新型陶瓷新型材料結(jié)構(gòu)性能用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，如C60—制碳納米材料碳納米管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(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個(gè)碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度光電器件、超級(jí)電容器、電池、復(fù)合材料等二、新型無機(jī)非金屬材料3.碳納米材料應(yīng)用體驗(yàn)判斷正誤(1)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，故可用作半導(dǎo)體材料(

)(2)石英砂可用于生產(chǎn)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(yīng)(

)(4)氮化硅陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料(

)(5)向硅酸鈉溶液中通入適量CO2，出現(xiàn)白色沉淀，證明碳的非金屬性強(qiáng)于硅(

)×√×√√二、新型無機(jī)非金屬材料隨堂檢測1.下列說法不正確的是A.傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，如陶瓷、玻璃、水泥B.二氧化硅用于光伏電站、人造衛(wèi)星和電動(dòng)汽車等的太陽能電池C.碳化硅硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料D.碳納米材料包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等√隨堂檢測2.(2023·遼寧大連高一期中)2021年，中國航天不斷創(chuàng)造奇跡，“天問一號(hào)”著陸火星，“嫦娥五號(hào)”采回月壤，騰飛的中國離不開化學(xué)，化學(xué)與環(huán)境、材料、信息、能源關(guān)系密切，推動(dòng)著人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。下列說法不正確的是A.“天問一號(hào)”所用的太陽能電池帆板，其主要材料是硅B.中國空間站使用石墨烯存儲(chǔ)器，所用材料石墨烯屬于無機(jī)非金屬材料C.SO2可用來漂白紙漿，也能作食品添加劑D.5G技術(shù)中使用的通信光纜不與任何酸堿反應(yīng)√本節(jié)內(nèi)容結(jié)束目標(biāo)一答案1.無機(jī)非金屬材料從組成上看，許多無機(jī)非金屬材料含有

等元素，具有

、

、

等特點(diǎn)，以及特殊的

、

等性能。2.常見的硅酸鹽材料

陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：

輔料：適量的石膏設(shè)備陶瓷窯主要成分含水的鋁硅酸鹽—硅、氧耐高溫抗腐蝕硬度高光學(xué)電學(xué)黏土水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)石灰石、黏土目標(biāo)一答案性能耐高溫、硬度大、耐腐蝕、性質(zhì)穩(wěn)定透光性好、硬度大、無固定熔點(diǎn)遇水逐漸變硬(水硬性)，硬化后性質(zhì)穩(wěn)定用途建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿、制造玻璃纖維等大量用于建筑和水利工程目標(biāo)二答案1.硅和二氧化硅(1)硅硅元素位于元素周期表第

周期、第

族，處于金屬與非金屬的過渡位置。其單質(zhì)的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，是應(yīng)用最廣泛的

材料。(2)粗硅的制備工業(yè)上用焦炭還原石英砂可以制得含少量雜質(zhì)的粗硅，化學(xué)方程式：

。三ⅣA半導(dǎo)體SiO2＋目標(biāo)二答案(3)硅和二氧化硅的用途①高純硅用于制造

和

。②

用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。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。新型材料成分性能主要應(yīng)用金剛砂硬度

、耐

、抗氧化砂紙和砂輪的磨料、耐高溫半導(dǎo)體材料等芯片硅太陽能電池二氧化硅碳化硅(SiC)大高溫目標(biāo)二答案高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

、

或某些金屬氧化物耐

、抗氧化、耐

?；鸺推嚢l(fā)動(dòng)機(jī)、高溫電極材料等壓電陶瓷

、

等

能與

能的相互轉(zhuǎn)化濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等透明陶瓷

、

等氧化物透明