无机非金属材料 第1课时 课件【知识精讲+备课精研+高效课堂】人教版（2019）高一化学必修二

人教版（2019版）化学必修（第二册）第五章

化学生产中的重要非金属元素第三节

无机非金属材料

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。材料按照化学组成和特性来分：无机非金属材料金属材料高分子材料：传统无机非金属材料新型无机非金属材料塑料、合成橡胶、合成纤维一、硅酸盐材料

传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见。如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。（一）

硅酸盐1、定义：由Si、O、金属（铝、铁、钙、镁、钾、钠等）等元素组成的化合物的总称。2、书写：用盐的化学式表示，如Na2SiO3用氧化物形式表示，如Na2O•SiO2原则：a金属氧化物•nSiO2•mH2O(a、m、n表示系数)注意事项：①元素化合价不变

②原子比例不变

③多种金属同时存在，活泼的写在前面用氧化物形式表示硅酸盐：Ca3Al2Si3O12Na2O•SiO2属于氧化物还是盐类？3、硅酸盐的结构：

在硅酸盐中，Si和O构成了__________，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。其结构示意图为硅氧四面体

硅酸盐结构中的硅氧四面体结构的特殊性决定了硅酸盐材料的性质具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。4、硅酸盐的性质：例如Na2SiO3水溶液俗称：水玻璃、泡花碱相对稳定、不能燃烧、不易被腐蚀用途：制备硅胶、木材防火剂、肥皂填充剂、黏胶剂特性：水溶液有黏性硅酸盐的结构——拓展：硅酸盐结构基本单元球棍模型硅酸盐结构基本单元常用投影图（俯视图）陶瓷原料：历史：应用：黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)青花瓷、唐三彩生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等China反应条件：高温烧结瓷都（二）传统无机非金属材料新石器时代就能烧制唐宋时期达到鼎盛：玻璃原料：工业设备：应用：纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑主要成分：生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件：高温熔融反应方程式：SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑加入元素或物质

玻璃特性

用途含铅原料光学玻璃:透光性好,折射率高制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜硼酸盐耐化学腐蚀、耐温度急剧变化制造可用于实验室使用的玻璃仪器金属氧化物或盐彩色玻璃用于建筑和装饰特种玻璃——阅读课文P20（资料卡片）

（Co2O3、CuO）水泥原料：工业设备：黏土、石灰石、石膏水泥回转窑混凝土：水泥、沙子和碎石等与水混合石膏的作用：条件：高温煅烧调节水泥硬化速率二、新型无机非金属材料

随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第

位____________________________1.硅(1)硅的存在与结构二氧化物和硅酸盐第三周期ⅣA族

岩石沙子土壤硅在自然界中只有化合态，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。硅酸盐矿石水晶、石英（SiO2）玛瑙（SiO2）硅的正四面体结构颜色状态硬度

熔沸点导电性灰黑色、有金属光泽固体大高介于导体和绝缘体之间（2）物理性质硅晶体的四面体结构的特殊性决定了它的物理性质为：（3）化学性质a.常温下，化学性质稳定，只与强碱、氢氟酸、氟气反应Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4↑+2H2↑硅单质的特性，其他非金属不具有该性质。b.加热时能与某些非金属单质反应Si+O2==SiO2高温Si+2Cl2==SiCl4Si+2H2==SiH4(不稳定在空气中自燃)(4)硅的应用:半导体材料,用于集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等(3)硅的工业制取高温SiO2+2C===Si+2CO↑高纯硅的制备

工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。SiO2+2C=========

Si+2CO↑1800~2000

℃Si+3HCl

=====

SiHCl3+H2↑300

℃SiHCl3+H2

=====

Si+3HCl1100

℃2.二氧化硅

⑴存在形式硅藻土石英、水晶、玛瑙、沙子结晶形：无定形：统称硅石空间构型：硅氧四面体（空间网状）熔沸点高、硬度大、不溶于水⑵物理性质⑶化学性质①酸性氧化物SiO2+CaO==CaSiO3高温SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2OSiO2+Na2O==Na2SiO3高温与强碱溶液反应：与碱性氧化物反应：SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O⑶化学性质②与HF反应——唯一能与SiO2反应的酸用途：刻蚀玻璃与氢氟酸反应用于刻蚀玻璃，因与玻璃反应故氢氟酸保存在塑料容器内③与碳酸盐反应SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑高温SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2↑高温工业生产玻璃原理⑷SiO2用途：光导纤维、石英坩埚、建筑材料、电器部件

二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。思考与交流1、保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O2、埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路，为什么？用离子方程式表示。SiO2+2OH-=SiO32-

+H2O3、SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？错。因为SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O，生成的SiF4不属于盐。4、如何除去SiO2中混有的CaO杂质？HCl5、中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。(1)“龙芯”1号(芯片)的主要化学成分是________。(2)互联网使用的数据传输材料叫________，主要化学成分是________。(3)秦兵马俑制品的主要生产原料是________，主要成分为________。硅光导纤维二氧化硅黏土硅酸盐1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是（）A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、水泥、陶瓷B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅C.陶瓷的主要原料是黏土D.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料B2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是()A.这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质D3.材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。（1）硅酸盐材料是重要的传统无机非金尾材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一。下列不属于硅酸盐产品的是

(填写序号)①光导纤维②水泥③玻璃④陶瓷（2）玻璃是重要的建筑和装饰材料，玻璃属于

(填“纯净物”或“混合物”)。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式

。（3）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定。工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅，该反应属于化学反应基本类型中的

反应；已知氮化硅中硅元素的化合价为+4价，则氮化硅的化学式为

。化合①混合物SiO2+4HF

===

SiF4↑+2H2OSi3N43.新型陶瓷碳原子和硅原子通过共价键连接结构：性能砂纸和砂轮的磨料碳化硅陶瓷高温抗氧化性能硬度大耐高温结构材料耐高温半导体材料一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。高温结构陶瓷新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。必修二第23页新型陶瓷问题：氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。画出氮和硅的原子结构示意图，根据元素周期律的知识，写出氮化硅的化学式。推测氮化硅可能的用途。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料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。阅读必修二教材第23-24页，了解碳纳米材料的结构及用途。4.碳纳米材料富勒烯之一——C60

用C60作车轮的“纳米汽车”纳米管

石墨的层状结构

1.下列物品或设施：①陶瓷餐具②砖瓦③混凝土桥墩④门窗玻璃⑤水晶镜片⑥石英钟⑦水晶项链⑧硅太阳能电池⑨光导纤维⑩计算机芯片

（1）使用了硅单质的是

。（填序号，下同）

（2）使用了二氧化硅的是

。

（3）使用了硅酸盐材料的是

。27⑧⑩⑤⑥⑦⑨①②③④2.从石墨中分离出来的石墨烯是已知最薄、最坚硬的物质，可制成电阻率最小的纳米材料，其结构如图所示。下列关于石墨烯的说法正确的是（）A.具有良好的导电性B.可用于制造学电器件C.与金刚石互同素异形体D.不能与氧气反应D3、A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转化关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空：（1