5.3.2无机非金属材料(第二课时新型无机非金属材料)高二化学实用课堂课件(人教版2019选择性必修2)

无机非金属材料

安徽·滁州

蒋华新课题01四月2024人教版2019化学必修第二册第三节无机非金属材料第五章化工生产中的非金属材料第一节硫及其化合物第二节氮及其化合物第三节无机非金属材料定远二中蒋华新3第五章化工生产中的重要非金属元素2019人教版化学必修第二册1、硅酸盐材料2、新型无机非金属材料第三节无机非金属材料北大校园信息技术的新时代美国的硅谷——“斯坦福科研工业区”是美国电子和计算机工业中心，位于美国西海岸加利福尼亚州北部旧金山南郊，圣克拉县和圣胡安两城之间的一条长48公里，宽16公里的长条形地带上。美国的硅谷由于它集中了全世界90％以上的著名半导体公司，而半导体的基本元件是硅片,所以该地区被称为“硅谷”。科学视野美国硅谷硅和二氧化硅的用途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。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，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。新型无机非金属材料硅、氧等元素含有元素日常生活中航空、航天领域信息领域新能源领域应用耐高温、抗腐蚀、硬度高特殊的光学、电学等性能性能导入Leading-in

新型无机非金属材料无机非金属材料第二课时新型无机非金属材料走进《化学必修第二册》，探索无机世界的奥秘，从学习无机非金属材料开始！定远二中蒋华新新型无机非金属材料简介【情境素材】氧48.6%硅26.3%铝7.73%铁4.75%钙3.45%钠2.74%钾2.47%硅26.3%资料ata

硅元素在地壳中的含量

硅的氧化物和硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。因此，硅在无机非金属材料中扮演主要角色。碳、硅在元素周期表的位置碳是构成有机物的主要元素；硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。碳、硅——有机界和无机界的豪门双雄；

硅元素在元素周期表中的位于金属与非金属的分界线上，晶体硅为半导体。且硅的非金属性强于金属性。硅位于第三周期、第ⅣA族。C和Si原子结构示意图如下：

碳与硅一样，其原子既不易失电子，也不易得电子；所以，硅的化学性质不活泼。但硅是亲氧元素，在自然界不存在游离态的硅单质。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。+624CSi碳、硅的原子结构284+14导入Leading-in

一般地，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。形成四价化合物晶体硅的结构跟金刚石相似，都是具有正四面体结构的立体网状结构的晶体。

晶体硅是原子晶体，不存在分子结构，晶体硅由硅原子直接构成。共价键的强弱影响其熔沸点。正四面体结构拓展Openupanexhibition硅晶体的空间结构(1)硅的性质及其制备①硅的晶体结构：硅单质是有硅原子构成(无分子结构)，晶体硅的结构跟金刚石相似，都是具有正四面体结构的立体网状结构的晶体。晶体硅结构新课Newclass二、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅②硅的存在：硅元素的含量在地壳中居第二位。硅具有亲氧性，在自然界中没有游离态。新型无机非金属材料晶体硅是共价晶体，不存在分子结构，由硅原子直接构成。晶体硅②硅的存在：化合态和游离态水晶(SiO2)硅酸盐矿石玛瑙(SiO2)

无定形硅ⅱ.游离态的硅：晶体硅与无定形硅互为同素异形体a.晶体硅：晶体硅为金属光泽的灰黑色的共价晶体，晶体硅是应用最为广泛的半导体材料。b.无定形硅：无定形硅为黑色固体ⅰ.化合态硅：硅以二氧化硅及硅酸盐的形式存在于自然界新型无机非金属材料

训练1．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是(

)A．晶体硅和金刚石的物理性质相似B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电A巩固训练Consolidateexercise解析

晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅虽然具有金属光泽，但它属于非金属单质。答案

A色、态光泽熔点硬度导电性质地(1)硅的性质及其制备③硅的物理性质灰黑色固体

金属光泽高大半导体脆单晶硅

晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间。高纯度的硅广泛用于信息技术和新能源等领域。新型无机非金属材料ⅰ.晶体硅的物理性质：晶体硅是灰黑色有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点很高、硬度很大(类似金刚石)、晶体硅是半导体材料。ⅱ.无定形硅的物理性质：无定形硅为黑色的固体，密度2.4g/cm3，熔点1420℃，沸点2355℃。a.硅与O2的反应：

Si＋O2===SiO2ⅱ.高温条件下：在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。ⅰ.常温条件下：常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。a.硅与F2反应：

Si＋2F2===SiF4

b.硅与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑c.硅与氢氧化钠溶液反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

④硅单质的化学性质b.硅与Cl2的反应：Si＋2Cl2===SiCl4c.硅与碳单质的反应：Si＋C====SiC高温金刚砂新型无机非金属材料训练2、下列有关硅及其化合物的叙述中，正确的是(

)A.硅是光导纤维的主要成分B.硅是构成岩石与许多矿物的基本元素C.硅是非金属单质，不与任何酸或碱反应生成氢气D.可以通过SiO2与水反应一步制得硅酸B巩固训练Consolidateexercise资料卡片(课本P22)SiO2+2C=========Si+2CO↑1800~2000℃Si+3HCl=====SiHCl3+H2300℃SiHCl3+H2=====Si+3HCl1100℃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。一般地，粗硅中含硼、砷(少量的C、SiO2等)杂质的粗硅。

C和Si还原性比较：⑤硅的工业制备：利用SiO2为原料制取高纯度晶体硅SiO2＋2C====Si(粗)＋2CO↑

①高温ⅰ.制取粗硅：用碳单质还原二氧化硅制取粗硅制硅的原料SiO2SiO2

粗硅

SiHCl3

Si+C+HCl精馏+H2高温加热高温C＜

Si该反应并不能说明碳的还原性强于硅新型无机非金属材料(1)硅的性质及其制备工艺流程：制备步骤：⑤硅的工业制备：利用SiO2为原料制取高纯度晶体硅SiHCl3＋H2====Si(纯)＋3HCl③高温Si(粗)＋3HCl===SiHCl3＋H2②ⅱ.粗硅提纯：经过转化、精馏、还原把粗硅转化为高纯度硅还原后得到高纯度的多晶硅，其中步骤①②③中HCl、H2可以循环利用硅晶体

生成液态SiHCl3(SiCl4)，

经精馏、除硼、砷等再用H2还原。或Si(粗)＋2Cl2===SiCl4加热到1100℃时才可以反应或SiCl4＋2H2====Si(纯)＋4HCl高温新型无机非金属材料加热到300℃时就可以反应(1)硅的性质及其制备⑥硅的用途：晶体硅是半导体材料,用于集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等。ⅰ.计算机芯片以及半导体材料ⅱ.太阳能电池以及光伏电站图5-24(课本P22)集成电路变压器U盘硅太阳能电池图5-25(课本P22)新型无机非金属材料从沙子到芯片训练3、下列说法正确的是(

)A．由2C＋SiO2====Si＋2CO↑，可知还原性：C<SiB．硅与NaOH、HF都能反应，说明硅与铝相似，都能与强酸、强碱反应生成H2C．硅是半导体，故可用于制光导纤维D．每1mol硅与足量NaOH溶液反应，转移4NA电子高温D巩固训练Consolidateexercise解析

碳的还原性大于硅，A项错误；硅只与酸中的HF反应，B项错误；硅是半导体，常用于半导体材料、计算机芯片等，不能用于制光导纤维，C项错误；Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，硅的化合价由0价升高到＋4价，即每1molSi与足量NaOH溶液反应，转移4mol电子，D项正确。答案

D

地球上存在的天然二氧化硅；其存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。1、硅和二氧化硅(2)二氧化硅的性质及其用途无定形硅：硅藻土ⅰ.结晶形(石英)：如水晶、玛瑙、沙子ⅱ.无定形：如硅藻土结晶形硅：水晶结晶形硅：玛瑙①二氧化硅的存在：硅石一般地，硅石的主要成分是天然的SiO2，约占地壳总质量的12%新型无机非金属材料每个Si原子与周围的4个O原子相结合，每个O原子与2个Si原子相结合。组成立体网状结构的SiO2晶体。SiO

SiO2晶体是正四面体的空间网状结构，因此SiO2晶体的性质很稳定。

二氧化硅的晶体结构正四面体结构在硅晶体的两原子间插入氧原子硅的晶体结构晶体SiO2结构晶体Si结构晶体硅和晶体SiO2的空间结构均为正四面体科学视野新型无机非金属材料思考1、“SiO2”是分子式吗？ⅰ.立体结构：每个Si原子与周围4个O原子相结合，每个O原子与2个Si原子相结合。实际上SiO2晶体是由Si原子和O原子按1∶2的比例所组成的立体网状结构晶体，通常用“SiO2”表示二氧化硅的组成。SiO2晶体正四面体结构Si

—→ⅱ.晶体类型：SiO2是共价晶体，无分子结构，为空间网状结构。思考2、SiO2与Si的晶体结构有哪些异同点？SiO2晶体晶体硅ⅲ.构成粒子：构成SiO2晶体的粒子是Si、O原子Si

—→[SiO4]②二氧化硅晶体的结构O

—→1、硅和二氧化硅(2)二氧化硅的性质及其用途

二氧化硅(原子晶体)与二氧化碳(分子晶体)结构不同，物理性质差异很大。SiO2的硬度大、熔点高、难溶于水。名称及化学式二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)晶体类型构成晶体粒子物理性质可能的解释CO2分子Si原子、O原子无色、无味的气体，熔沸点低。难溶于水的固体，熔点高，硬度大。CO2和SiO2的结构不同③二氧化硅晶体物理性质二氧化碳分子的结构模型分子晶体原子晶体二氧化硅晶体的结构模型新型无机非金属材料氢氟酸ⅱ.具有酸性氧化物的性质：能与碱、碱性氧化物等反应。b.与碱性氧化物：反应生成盐SiO2＋CaO====CaSiO3

高温a.与强碱反应：生成盐和水SiO2＋2NaOH

===

Na2SiO3＋H2O④二氧化硅的化学性质ⅰ.跟氢氟酸的反应：唯一能与SiO2反应的酸SiO2＋4HF===SiF4￪＋2H2O

SiO2只跟氢氟酸反应，玻璃含SiO2，可用氢氟酸来刻蚀玻璃；但CO2不与氢氟酸反应；SiO2＋2OH-

===SiO32-

＋H2O新型无机非金属材料(2)二氧化硅的性质及其用途盛氢氟酸用塑料瓶和塑料塞盛NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞训练4.

赏心悦目的花瓶图案是用下列物质的一种对玻璃进行刻蚀而形成的，这种物质是(

)

A.盐酸B.氢氟酸C.烧碱D.纯碱B巩固训练Consolidateexercise石英吊坠玛瑙工艺品石英研钵家用光缆石英饰品玛瑙饰物石英坩埚光导纤维图5-26(P22)⑤二氧化硅的用途：

SiO2可以用来生产光导纤维。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。二氧化硅的危害：

在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病(旧称矽肺)。新型无机非金属材料ⅰ.建筑材料：沙子(SiO2)是基本的建筑材料。ⅱ.光学性质：纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料。ⅲ.工艺品：石英，玛瑙可以制作饰物和工艺(2)二氧化硅的性质及其用途训练5.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巩固训练Consolidateexercise

二氧化碳

二氧化硅

晶体结构

物理性质化学性质与水反应与碱反应与碱性氧化物反应与酸反应用途CO2＋H2O===H2CO3CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋Na2O===Na2CO3CO2＋CaO===CaCO3不反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O共价晶体，由硅原子、氧原子构成。气态，熔点低。分子晶体，二氧化碳分子构成。固态，熔点高、硬度大————SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O人工降雨，灭火等

装饰、坩埚、光纤SiO2＋CaO====CaSiO3高温拓展Openupanexhibition二氧化硅与二氧化碳思考与交流

玻璃中含有SiO2，可与NaOH溶液反应生成具有粘性的Na2SiO3，使瓶塞不易打开。

不是，两性氧化物与酸或碱反应均生成盐和水，而SiO2与氢氟酸反应生成的SiF4是气体不属于盐，且SiO2也不与其他酸反应。

讨论1．实验室用玻璃试剂瓶保存NaOH溶液时，为何不能用磨口的玻璃塞？

讨论2．SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，SiO2属于两性氧化物吗？SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O讨论3、如何除去SiO2中混有的CaO杂质？溶于盐酸、过滤。训练6.

实验室提供下列试剂瓶：①磨口带玻璃塞的细口玻璃瓶②广口瓶③细口橡皮塞玻璃瓶④棕色广口瓶⑤细口塑料瓶，如果你是实验室管理员，你将如何存放下列药品。(1)二氧化硅_______(2)氢氧化钠溶液_______(3)硝酸银晶体_______(4)氢氟酸_______(5)浓硫酸_______②③④⑤①巩固训练Consolidateexercise

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。2、新型陶瓷(1)碳化硅陶瓷的结构：碳原子和硅原子通过共价键连接(2)碳化硅陶瓷的性能：硬度大、抗氧化、耐高温①硬度大：可用作砂纸和砂轮的磨料②高温抗氧化性能：可用作耐高温结构材料和耐高温半导体材料图5-27(课本P23)新型无机非金属材料例如：碳化硅陶瓷(SiC)新型陶瓷

随着人们对材料性能要求的不断提高，具有特殊概念的陶瓷材料迅速发展，一系列如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等陶瓷相继问世。

这些新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有了很大的变化。科学·技术·社会(课本P23)(1)高温结构陶瓷：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。

高温结构陶瓷与金属材料相比，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。氮化硅陶瓷火箭发动机(2)压电陶瓷：主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化。

可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。(3)透明陶瓷：主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好。

可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。(4)超导陶瓷：在某一临界温度下电阻为零，具有超导性。

可用于电力、交通、医疗等领域。校东门外大街路灯新型无机非金属材料图5-28(P23)：超导陶瓷可用于磁悬浮技术类别主要特性示例用途高温结构陶瓷耐高温，强度高压电陶瓷具有电学特性透明陶瓷具有光学特性超导陶瓷具有超导性氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等钛酸钡陶瓷声呐系统、气象探测等氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷高压钠灯、激光器和高温探测窗等超导陶瓷电力、交通、医疗等拓展Openupanexhibition新型陶瓷特性和用途碳纳米材料

碳纳米材料是一种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。其中的C60是富勒烯的代表物。

C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代。(1)富勒烯：是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，图5-29(P23)：纳米汽车新型无机非金属材料3、碳纳米材料C60的分子结构新型无机非金属材料(2)碳纳米管：碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的性能：

碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。碳纳米管的用途：

碳纳米管可用于生产复合材料、电池和传感器等。图5-30(课本P24)3、碳纳米材料比表面积是指单位质量物料所具有的总面积新型无机非金属材料(3)石墨烯：石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨

其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。图5-31(课本P24)：使用石墨烯的动力电池和超轻海绵3、碳纳米材料

作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用正在不断深入。石墨烯的用途：石墨烯49硅元素单质硅常温不活泼Si+F2Si+HFSi+

NaOH

加热能与某些非金属单质反应(如O2、Cl2)O2Na2SiO3、CaSiO3等硅可制造集成路、太阳能电池等；硅合金可用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。只有化合态SiO2硅酸盐C高温HF无游离态课堂小结板书提纲Blackboard-writingoutline二、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅(1)硅的性质及其制备类别性质及其用途存在形态物理性质与氢氟酸反应与碱性氧化物与强碱