高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料集体备课ppt课件

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料集体备课ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了导入一，导入二，思路一，硅酸盐材料，无机非金属材料，小试牛刀，硅单质的化学性质，SiO2的性质，2弱氧化性，3特性等内容，欢迎下载使用。
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。陶瓷、玻璃、水泥等传统无机非金属材料多为硅酸盐材料。
硅谷曾是美国新兴的高科技产业开发区,现在仍是美国的电子技术研究中心和计算机与半导体工业生产的重要基地。电子工业能得到蓬勃发展,硅元素在信息材料中的开发与应用起着举足轻重的作用。硅是非金属材料的主角,这一节课我们就来学习非金属材料的相关知识。
2.传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，主要含有硅、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。
1.陶瓷、玻璃、水泥为传统的无机非金属材料。
阅读教材,查阅资料,归纳常见的硅酸盐材料产品的原料、设备、主要成分、性能和用途。
1.普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理变化和化学变化而制得。你能写出发生反应的化学方程式吗?2.为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点?
传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料,在硅酸盐中Si和 O构成了硅氧四面体。
1.判断正误。(1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷,其主要原料是黏土。 ( )(2)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐。 ( )(3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化。 ( )(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行。 ( )
2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐,硅酸钠易溶于水,其水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,常用作黏合剂和防火剂。(1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀,反应的离子方程式为____________________________。(2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中,反应的离子方程式为___________________________________。
归纳总结-硅酸(H2SiO3)的性质:
1.硅酸是难溶于水的弱酸,其酸性不能使石蕊溶液变红。
半导体工业中有一句行话:“从沙滩到用户”,你知道其中的含义吗? 光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一,它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么? 碱性环境下,光导纤维为什么会失去传播信号的能力?
二、新型无机非金属材料-硅
回顾硅元素在周期表中的位置,并写出其原子结构示意图。
高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”,可以按下列方法制备高纯硅:
写出其中发生的化学反应方程式。
工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅通过化学方法进一步提纯,才能得到高纯硅,化学反应方程式为SiO2 + 2C Si + 2CO↑。
总结归纳硅单质的物理性质、用途和化学性质。
1.硅单质的物理性质及应用硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔、沸点高，硬度大，有脆性；高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。
(1)在常温下,硅单质能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应
(2)在加热或高温时,硅单质能与 O2、Cl2、C等反应。
三、新型无机非金属材料-二氧化硅
阅读情景素材,回答下列问题:素材1:SiO2是一种酸性氧化物,能与强碱溶液反应。如,SiO2与 NaOH 溶液反应可生成Na2SiO3。素材2:氢氟酸是 HF的水溶液,可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水,可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。(1)SiO2既能与 NaOH 溶液反应,也能与氢氟酸反应,能认为SiO2属于两性氧化物吗?
提示：SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2虽然能与氢氟酸反应,但并不生成盐和水,故SiO2 不属于两性氧化物。
(2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸? 若不能,写出化学方程式,简述理由。(3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液?
提示：NaOH 能与磨口玻璃塞中的 SiO2反应,生成具有黏性的 Na2SiO3,把瓶塞与瓶口黏结在一起。
(4)SiO2属于酸性氧化物,能否用SiO2与水直接反应制取 H2SiO3? 由 SiO2如何来制取H2SiO3? 用化学方程式表示。
拓展延伸-二氧化硅的结构
SiO2 晶体结构中每个 Si 结合 4 个 O,Si在中心,O 在 4 个顶角,每个 O 与 2 个 Si 相结合。许多个这样的四面体通过顶角的 O 相连。二氧化硅晶体中 Si 和 O 按1∶2组成立体网状结构的晶体。二氧化硅的网状结构决定了它的熔点高、硬度大、不导电、不溶于水的物理性质,以及化学性质稳定。
1.物理性质:熔点高、硬度大、难溶于水。
2.化学性质(1)酸性氧化物
1.高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。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,以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等硅太阳能电池。
2.二氧化硅用来生产光导纤维。
四、新型无机非金属材料-新型陶瓷
随着人们对材料性能要求的不断提高,具有特殊功能的陶瓷材料迅速发展,一系列新型陶瓷相继问世。
阅读教材,归纳常见的新型陶瓷的成分、性能和应用。
五、新型无机非金属材料-碳纳米材料
1.富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,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。
2.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。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研究正在不断深入。
3.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。碳纳米管的比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。
判断正误。(1)晶体硅熔点高、硬度大,故可用作半导体材料。 ( )(2)石英砂可用于生产单晶硅。 ( )(3)二氧化硅是酸性氧化物,所以能溶于水且可与水反应。 ( )(4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。 ( )(5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2,出现白色沉淀,证明碳的非金属性强于硅。 ( )
阅读教材思考:传统无机非金属材料一般指什么? 硅酸盐的结构有什么特点?其结构特点是怎样影响硅酸盐的性质的呢?
阅读教材,讨论、陶瓷、玻璃和水泥的原料、制作原理与主要成分。
1.陶瓷:以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结而成。我国具有悠久的陶瓷制造历史,在新石器时代,我们的祖先已能烧制陶器,至唐宋时期,我国的陶瓷制品已经享誉海内外。目前,陶瓷仍然在人类的生产和生活中扮演着重要的角色,得到了广泛的应用,如用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
2.玻璃:普通玻璃的主要成分为 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,它是以纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿,还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
3.水泥:普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料,二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧,发生复杂的物理和化学变化,加入适量石膏调节水泥硬化速率,再磨成细粉就能得到普通水泥。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程。
二、新型的无机非金属材料
现代信息技术是建立在半导体材料基础上的。根据元素周期表中硅的位置,思考硅为什么能成为应用最为广泛的半导体材料。
硅位于元素周期表的第三周期第ⅣA族,正好处于金属与非金属的过渡位置,其单质的导电性介于导体与绝缘体之间,是应用最为广泛的半导体材料。
1.阅读教材,根据高纯硅的制备流程,写出相应的化学方程式。2.总结单质硅的性质。
(1)物理性质:晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体,熔点高、硬度大、有脆性;其导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。
3.总结SiO2的存在、结构与性质。
(1)存在:SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类,水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。
SiO2晶体的结构是由Si和O按原子数之比为 1:2 的比例组成的立体网状结构。每个 Si周围结合 4 个O,每个O周围结合 2 个 Si。
(3)物理性质:SiO2 熔点高、硬度大、不溶于水。
①沙子是基本的建筑材料。
②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料,可以制作光导纤维。
③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。
④实验室中使用石英坩埚。
阅读教材,学习新型陶瓷及纳米材料。
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、磁学等方面具有很多新的特性和功能,进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如,碳化硅(SiC)俗称金刚砂,其中的碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构,硬度很大,可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能,使用温度可达1600℃,大大超过了普通金属材料所能承受的温度,可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,C60是富勒烯的代表物。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。碳纳米管的比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能,可用于生产复合材料、电池和传稿器等。
石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨,其独特的结构使其具有电阻率低、热导率高、强度高等优点。石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的研究正在不断深入。
1.水泥和普通玻璃都是常见的硅酸盐产品,下列说法中不正确的是 ( )A.生产水泥和普通玻璃的每一种原料都含有硅B.水泥、普通玻璃都是混合物C.生产水泥和玻璃都必须用石灰石D.用纯净的石英可制成石英玻璃,它的膨胀系数小,常用来制造耐高温的化学仪器
2.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,工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应制得。根据性质,推测氮化硅陶瓷的用途不可能是 ( ) A.制汽轮机叶片 B.制有色玻璃 C.制永久性模具 D.制造柴油机
3.碳纳米管是继足球烯(C60)以后发现的又一种碳单质,以下有关碳纳米管与足球烯(C60)的说法错误的是( )A.它们的物理性质有较大差异B.在常温下它们的化学性质都稳定C.它们是不同的碳单质D.它们分别完全燃烧后生成物不同
4.A、B、C、D、E五种物质中都含有同一种非金属元素,它们能发生如下图所示的转化关系,该元素(用R表示)的单质能与氢氧化钠 溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。