5.3+无机非金属材料（教学课件）高一化学人教版必修第二册

材料——人类赖以生存和发展的物质基础铝合金天然牛皮金属材料有机高分子材料玻璃瓷砖瓷器无机非金属材料无机非金属材料学习目标无机非金属材料硅酸盐材料新型无机非金属材料陶瓷玻璃水泥硅新型陶瓷碳纳米材料原料制作用途原料设备变化用途原料设备变化用途二氧化硅存在制备用途存在化学性质用途类别用途类别用途泥土的智慧——传统硅酸盐材料陶瓷玻璃水泥A我国的陶都和瓷都分别在何处？薄如纸声如磬色如玉你知道吗？一、硅酸盐材料1.陶瓷1原料黏土(含水的铝硅酸盐)

2制作高温烧结3特点抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘4用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具建筑饰材日用器皿卫生洁具三千多年以前，地中海沿岸的贝鲁斯河口旁，有一块美丽的沙洲。一天，一艘大商船满载着大块的天然苏打（碳酸钠）经过这里，由于海水落潮，大商船在河口沙滩上搁浅了。中午，有个船员提议在河滩上做饭，举行一次野餐。于是大家从船上搬来做饭的大锅，又扛了几块天然苏打，用苏打支着锅做起饭来。吃过饭，他们收拾好东西，准备回船了，一个船员突然惊讶地喊：“你们快看，这是什么东西？闪闪发光，多好看！”大家围上来仔细看，只见那东西玲珑剔透，晶莹明亮，真是谁都没见过。原来，这沙滩上都是石英砂，在船员们烧火做饭的时候，支着锅的天然苏打在高温下和石英砂发生了化学反应，变成了“玻璃”。玻璃诞生的美丽传说苏打在高温下和石英砂一、硅酸盐材料2.玻璃1原料纯碱、石灰石、石英砂2原理复杂物理和化学变化3成分Na2SiO3CaSiO3SiO24设备玻璃窑5特性无固定熔点6用途建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维——沙与火的淬炼形形色色玻璃普通玻璃因混有铁的化合物显浅绿色有色玻璃在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。化学仪器玻璃光学仪器玻璃钢化玻璃光纤玻璃资料在线彩色玻璃着色剂玻璃颜色MnO2紫色CoOCo2O3紫红色FeOK2Cr2O7绿色CdSFe2O3Sb2S3黄色AuClCuO2红色CuOMnO2Fe3O4黑色资料在线硅酸钠物理性质白色固体，溶于水水溶液俗称水玻璃、泡花碱，黏性很强，是种矿物胶化学性质稳定——不燃烧、不易腐蚀Na2SiO3＋CO2＋H2O

＝H2SiO3↓＋Na2CO3应用制硅酸、作黏合剂、作耐火阻燃材料、作防腐剂资料在线硅酸钠物理性质白色固体，溶于水水溶液俗称水玻璃、泡花碱，黏性很强，是种矿物胶化学性质稳定——不燃烧、不易腐蚀Na2SiO3＋CO2＋H2O

＝H2SiO3↓＋Na2CO3应用制硅酸、作黏合剂、作耐火阻燃材料、作防腐剂硅酸物理性质白色固体，不溶于水化学性质弱酸性——不能使石蕊试液变色不稳定性——H2SiO3

SiO2＋H2O与碱反应——H2SiO3＋2NaOH＝Na2SiO3＋2H2O应用制硅胶干燥剂钢化玻璃膜用于华为手机一、硅酸盐材料3.水泥1原料黏土、石灰石石膏调节水泥硬化速率2原理复杂物理和化学变化3设备水泥回转窑水泥具有什么性质?一、硅酸盐材料3.水泥1原料黏土、石灰石2原理复杂物理和化学变化3设备水泥回转窑4特性水硬性5用途制作混凝土快硬水泥油井水泥膨胀水泥耐火水泥白色水泥彩色水泥防辐射水泥抗菌水泥防藻水泥抗硫酸盐水泥特种水泥建设中的三峡大坝世界第一大坝长江三峡大坝使用水泥1.082×107KgOOOO硅酸盐材料具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀特点!深化理解课本19页SiSiO44－①在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角。②许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体共有，与2个Si相结合。③硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。新型无机非金属材料硅和二氧化硅新型陶瓷碳纳米材料B二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅1存在硅酸盐、氧化物硅2含量第二位3物理性质灰黑色、金属光泽、熔沸点高、硬度大处于金属与非金属的交界线硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅1存在硅酸盐、氧化物硅2含量第二位3物理性质灰黑色、金属光泽、熔沸点高、硬度大4应用半导体材料(制造集成电路、晶体管)、太阳能电池天火星探测器硅太阳能电池非金属O2H2Cl2C碱NaOH

氧化物FeO金属(Mg)资料在线硅的化学性质世界上第一台计算机(占地170平/重达30吨)1946年由180000多个电子管等元件组成一个迟来四十二年的诺贝尔物理学奖芯片是谁发明的？杰克·基尔比2000年，基尔比因集成电路的发明被授予诺贝尔物理学奖罗伯特·诺伊斯在基尔比的基础上发明了可商业生产的集成电路，使半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。晶体管和电子管区别资料在线1.结构不同电子管：使用真空管内部的阴极、阳极和控制极（栅极），通过电子在真空中移动来控制电流。晶体管：由半导体材料(如硅)制成，具有三个电极（基极、集电极、发射极），通过电场或电流控制导通状态。2.体积和重量电子管：体积大、笨重，尤其是老式的大型广播、放大器用真空管。晶体管：体积小得多，易于集成在微芯片上。3.功耗和效率电子管：工作时需要加热阴极，功耗高，效率低。晶体管：功耗低，效率高，不需要加热。4.工作速度电子管：开关速度较慢，限制了其在高速电子电路中的应用。晶体管：开关速度快，适合高速数字和模拟电路。5.使用寿命和维护电子管：寿命有限，易损坏，需要定期更换，且易受振动和温度影响。晶体管：寿命长、稳定性好，维护少。6.应用领域电子管：早期电子设备（如广播、早期计算机），现在主要用于高保真音响设备和特殊用途。晶体管：现代电子设备的核心(电脑、手机、各种数字电路)。硅是如何制造的？

科学家探索提取纯硅的历程法国科学家拉瓦锡发现硅元素存在于岩石中盖吕萨克先制得了四氟化硅，然后他尝试用钾去还原它，得到了一些无定形硅，但实在是不纯净英国化学家托马斯•汤姆森提出硅应该是一种非金属，他建议用silicon这个名字，这个名字一直沿用至今。瑞典科学家贝采尼乌斯用钾还原氟硅酸钾，得到了一团棕色粉末，他将粉末反复冲洗，最终得到了较纯净的无定形硅。17871808英国科学家戴维认为石英里的元素是一种金属元素181118171823

半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。

工业上用碳作还原剂，请写出化学方程式。思考﹒讨论SiO2＋2CSi＋2CO↑

===高温不是CO2！还原剂二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅1存在硅酸盐、氧化物硅2含量第二位3物理性质灰黑色、金属光泽、熔沸点高、硬度大4应用半导体材料(制造集成电路、晶体管)、太阳能电池5制备还原法SiO2＋2CSi＋2CO↑

===高温感受﹒理解粗硅为何说制得的硅为粗硅？

碳过量碳与硅反应生成的SiC高纯硅的制备粗硅SiHCl3石英砂焦炭HCl1800～2000℃300℃H21100℃高纯硅请写出后二步反应的方程式Si＋HCl→SiHCl3Si＋3HCl→SiHCl3

Si＋3HCl→SiHCl3＋H2

Si＋3HCl

SiHCl3＋H2

500℃SiHCl3＋H2

Si＋3HCl1100℃问题解决

粗硅在高温下跟氯气反应生成一种液体物质，经蒸馏提纯后，再用氢气还原制得纯硅。

请写出反应的方程式目前提得最纯的元素是半导体材料硅。其纯度已达到12个“9”，即99.9999999999%。

杂质含量不超过一千万亿分之一。牛刀小试二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅二氧化硅1存在砂子、水晶、玛瑙2物理性质无色高熔点高沸点高硬度我也是一个普通人，

在世界上行走一圈，

能留下一点脚印，我已经心满意足。

诺贝尔2009年物理学奖光纤之父高锟二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅二氧化硅1存在砂子、水晶、玛瑙2物理性质无色高熔点高沸点高硬度3应用光导纤维激光与光纤组合，实现光纤通信

科学家在研究SiO2时，发现用纯净的SiO2制成的高度透明玻璃，将其抽成的玻璃丝有个奇妙的特性——光线可以沿着纤维方向传导。这一重大发现，在通信方面开辟了一个新的领域——光纤通信。

这种能传输光线的纤维叫做光导纤维，简称光纤。二氧化硅的重要用途——光导纤维材料信息高速公器的骨架——石英光导纤维光学纤维胃镜用光导纤维做无开刀手术美国伟伦公司超级照明技术架——光导纤维手术头灯1.SiO2属于哪类氧化物？思考2.酸性氧化物的通性是什么？3.能否根据CO2的性质来类推SiO2的化学性质？二、新型无机非金属材料1.硅和二氧化硅二氧化硅1存在砂子、水晶、玛瑙2物理性质无色高熔点高沸点高硬度3应用光导纤维4化学性质酸性氧化物通性水碱性氧化物碱某些盐与碳活泼金属二氧化硅化学性质

玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应生成粘稠的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘在一起

不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3溶液

为何不能用玻璃塞？交流讨论

CO2＋H2O＝H2CO3

，但是SiO2不能与水直接化合成H2SiO3，那如何制备H2SiO3呢？

由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与酸反应制得的。

如何以SiO2为主要原料制取硅酸?写出方程式。SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2ONa2SiO3＋2HCl＝H2SiO3↓＋2NaCl感受﹒理解设计实验证明碳酸酸性大于硅酸。1原理：CO2＋H2O＋Na2SiO3＝H2SiO3↓＋Na2CO32装置：问题解决CaCO3盐酸Na2SiO3盐酸CaCO3Na2SiO3NaHCO3为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸？特殊性保存应用资料在线玻璃雕刻

SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，据此，某同学认为SiO2是两性氧化物，你同意吗？

两性氧化物与酸、碱反应生成盐和水。而SiO2与HF反应生成的SiF4不是盐。感受﹒理解划痕硬度

1822年，F•莫斯以十种矿物的划痕硬度作为标准，定出十个硬度等级，称为莫氏硬度。

十种矿物的莫氏硬度级依次为：金刚石（10），刚玉（9），黄玉（8），石英（7），长石（6），磷灰石（5），萤石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金刚石最硬，滑石最软。金刚石（10）资料在线二、新型无机非金属材料2.新型陶瓷类别成分性能应用高温结构陶瓷SiCSi3N4某些金属氧化物耐高温、抗氧化、耐腐蚀火箭发动机、高温电极材料

碳化硅属于超硬材料，硬度达到了9.25，仅次于金刚石。碳化硅氮化硅轴承钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，但当时没有任何材料可以的的抵御高温钠蒸气(1400℃)强烈的腐蚀性。氧化铝陶瓷

二、新型无机非金属材料2.新型陶瓷类别成分性能应用高温结构陶瓷SiCSi3N4某些金属氧化物耐高温、抗氧化、耐腐蚀火箭发动机、高温电极材料透明陶瓷氧化铝、氧化钇氮化铝、氟化钙优异的光学性能、耐高温，绝缘性好高压钠灯、激光器、高温探测窗压电陶瓷钛酸盐、锆酸盐实现机械能与电能的相互转化滤波器、扬声器、点火器超导陶瓷YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10某临界温度下电阻为零，超导性电力、交通、医疗化学趣史C60的发现1996年三人获诺贝尔化学奖1985，美国化学家斯莫利和柯尔以及英国化学家克鲁特，通过激光照射石墨实验，发现新型单质C60分子。并在建筑设计师富勒设计球形建筑的启发下，绘制出由20个正六边形和12个正五边表构成的“笼状”分子结构，并把它命名为“富勒烯”，因分子结构形似足球，又称为“足球烯”。

美国化学家斯莫利和柯尔以及英国化学家克鲁特石墨激光照射新型单质C60分子二、新型无机非金属材料3.碳纳米材料类别成分性能应用富勒烯——由碳原子构成的一系列笼形分子制碳纳米材料世界上最小的车是什么车？

既不是各大汽车厂商的迷你系列轿车，也不是孩子们的玩具模型，而是由荷兰格罗宁根大学有机化学教授本·费林加研制的纳米车。

它的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是4个“巴基球”做成的轮子。“巴基球”是由60个碳原子构成的纳米级球状分子，具有很多新奇的特性，在纳米技术研究中很受科学家重视。纳米车的轮子可滚动化学趣史碳纳米碳管1991年，日本化学家饭岛博士在对石墨电弧放电实验时，发现了有单层、多层石墨卷曲而成的碳纳米碳管。纳米碳管的发现也给材料研究带来了新的变革。二、新型无机非金属材料3.碳纳米材料类别成分性能应用富勒烯——碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子制碳纳米材料由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径比表面积大，强度高、优良电化学性能复合材料、电池、传感器二、新型无机非金属材料3.碳纳米材料类别成分性能应用富勒烯——碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子制碳纳米材料由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径比表面积大，强度高、优良电化学性能复合材料、电池、传感器石墨烯只有一个原子直径厚度的单层石墨电阻率低、热导率高，具有很高的强度光电器件、超级电容器、电池和复合材料

2017年，哈尔滨分会场小演员们抵御严寒的是一种专为此次春晚研制的石墨烯材料保暖衣，衣服是上下连体，全部为肉色，这样穿在演出服里面既保暖又不会影响美观。石墨烯的应用2018年2月在韩国平昌冬奥会闭幕式上，当地时间晚上9点15分

演员服饰用上石墨烯智能发热防寒保暖，按-5℃做的一个膜

北京八分钟石墨烯这节课我学到了什么？（用一句话表示）你还有什么疑问？课堂小结硅酸盐及其工业课堂小结产品陶瓷玻璃水泥原料原理成分————特性黏土高温烧结抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘石灰石、纯碱、石英无固定熔点复杂的反应黏土、石灰石水硬性硅的性质与应用非金属O2SiH2Cl2C金属应用半导体材料课堂小结SiO2酸性氧化物二氧化硅的性质与应用水不反应碱性氧化物碱某些盐氧化