化学人教版 (2019)第三节 无机非金属材料教学课件ppt

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1．掌握硅和二氧化硅的性质。 2．掌握制工业制取粗硅和高纯硅的制备的完整流程。3.感受新型无机非金属材料在社会主义建设中的重要作用，新型无机非金属材料对生活的改变。重点:硅和二氧化硅的性质，工业制取粗硅和高纯硅的制备的完整流程。难点：硅和二氧化硅的性质，工业制取粗硅和高纯硅的制备的完整流程。
在美国旧金山，有个最大的高科技工业园区，称之为“硅谷”，它是现代电子工业和计算机发展的基地。这说明硅在电子工业革命中起着非常重要作用。以硅为基础而制成的晶体管是计算机的心脏。
硅在电子工业中重要作用
画出碳和硅的原子结构示意图
分析： 既不易失电子，又不易得电子，主要形成四价的化合物。
硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
新型无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，常见类型有两种。
高纯度的含硅元素的材料：如单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料。
一些含碳、氮元素的物质。如碳化硅、氮化硅等，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。
结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。
①存在：硅元素含量在地壳中居第二位。硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
Si+2F2==SiF4
Si+2F2==SiF4↑
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3 +2H2↑
Si+2Cl2==SiCl4
在常温下化学性质不活泼，只能与氟气、氢氟酸、强碱反应，加热可与一些非金属反应
还原性：加热(高温)三反应
Si+O2 == SiO2
Si+C == SiC(金刚砂)
Si+4HF == SiF4↑+2H2↑(与唯一酸反应)
②高纯硅的制备的完整流程
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。
过量碳、碳与硅反应生成的SiC
半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。
高纯硅的制备的完整流程所涉及的方程式
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。
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？
提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。由于该反应有CO 脱离体系，促进反应进行。
周期表实际是氧化性C>Si
高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。
①利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片；②可以制成光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。
熔沸点高、硬度大、不溶于水
SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而不是分子式，没有SiO2分子，它是原子晶体
思考：为什么二氧化硅和二氧化碳物理性质有这么大的差别？
①沙子是基本的建筑材料；②纯净的SiO2是光学仪器和光导纤维的基本原料；③水晶、石英和玛瑙可制作饰品和工艺品；④水晶用来制造电子工业中的重要部件。
SiO2 + 4HF == SiF4↑+2H2O
——唯一能与SiO2反应的酸
SiO2+2NaOH == Na2SiO3 + H2O
1、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？2、实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？
注意：实验室用塑料瓶来盛装HF。
CO2+H2O=H2CO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+CaO=CaCO3
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
CO2 +H2O+Na2CO3 === 2NaHCO3
从组成上来分析，不再限于传统的硅酸盐体系。
1、特性和功能：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
2、典型实例：碳化硅（SiC）（俗称金刚砂）
其中的碳和硅通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大。
性能：①硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料； ②具有优异的高温抗氧化性能，可以用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
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。
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，优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，用于高压钠灯、激光器和高温探测器等。
超导陶瓷——在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗及磁悬浮技术。
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。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。
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。
特别提示：碳纳米材料(富勒烯、石墨烯等)、金刚石、石墨都是碳的同素异形体，它们具有不同的结构(碳原子排列方式不同)和性质。
由碳原子构成的一系列笼形分子
由石墨层卷成的管状物，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
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
电阻率低、热导率高，高强度
光电器件、超级电容器、电池和复合材料
HCl CO2+H2O
CaO、CaCO3/高温
NaOH Na2CO3
结构类似金刚石，为硬而脆的灰黑色固体, 熔点高,硬度大。
熔沸点高、硬度大、不溶于水