高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料说课ppt课件

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料说课ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了陶瓷玻璃水泥，硅酸盐材料，硅酸盐，硅酸盐的结构，资料卡片，反应方程式，不同性能的玻璃，二氧化硅，新型陶瓷，碳纳米材料等内容，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。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分类
塑料、合成橡胶、合成纤维
硅和SiO2，新型陶瓷，碳纳米材料
由Si 、O、金属(铝,铁,钙,镁,钾,钠等)等元素组成的化合物的总称
注意事项：①元素化合价不变、原子比例不变②计量数以整数书写③多种金属同时存在，活泼的写在前面
Al2O3·2SiO2·2H2O
练习： 长石（KAlSi3O8）、高岭土[Al2Si2O5(OH)4]
用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成，但硅酸盐不是由氧化物组成的，是纯净物，属于盐类
顺序：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物· SiO2 · H2O
硅酸盐的盐氧化物法书写规律
（化合价低的金属氧化物放在前面）
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；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。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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
（一）传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料
黏土和石灰石以及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
这两个反应都是固体物质在高温下发生的，与酸性无关，不能通过这两个反应得出“酸性：H2SiO3>H2CO3”
普通玻璃加热近熔化再急速冷却得钢化玻璃
二、新型无机非金属材料
应用: 芯片、太阳能电池
是沙子、水晶、石英、玛瑙的主要成分，可用于制光导纤维
二、 新型无机非金属材料
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。
(1) 硅元素的存在与结构
(2) 晶体硅的结构与物理性质
结构类似于金刚石，带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。
拓展：金刚石和晶体硅的结构相似。在晶体中，每个碳硅原子都以共价键与相邻4个碳（硅）原子结合，形成正四面体的立体网状。所以，金刚石和晶体硅的熔沸点都很高，硬度也很大。
①稳定性：常温下三反应
②还原性：加热(高温)三反应
Si+2F2 == SiF4
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
Si+4HF == SiF4↑+2H2↑(与唯一酸反应)
在常温下只能与氟气(F2)、HF、氢氧化钠反应，加热时能与氧气、氯气反应。
教材-22页【资料卡片】
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。
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
由于该反应有CuS脱离体系，促进反应进行。并非弱酸制强酸
集成电路、芯片的基础材料、半导体材料、硅太阳能电池、光伏电站（光能直接转换为电能）、制合金硅钢等
石英、水晶、玛瑙、沙子
空间构型：硅氧四面体（空间网状）
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
保存NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
埋在地下的光导纤维常因土壤成碱性而断路
SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性氧化物？
SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O
（3）SiO2 的化学性质
不是，因为生成的SiF4 不属于盐
SiO2 + CaO= CaSiO3
氢氟酸能腐蚀玻璃（塑料瓶保存）
II. 高温条件与碳酸盐：
公元前4500年 玻璃的诞生
近代硅酸盐材料的使用和生产
玻璃刻蚀技术
——玻璃刻蚀技术：二氧化硅与氢氟酸反应
主要反应：SiO2 +4HF＝SiF4↑ + 2H2O
现代玻璃
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。
①沙子是基本的建筑材料；②纯净的SiO2是光学和光纤制品的基本原料；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。
Na2SiO3与酸(盐酸、碳酸)反应生成硅酸
Na2SiO3＋CO2（少）＋H2O=== H2SiO3 ＋ Na2CO3
H2SiO3浓度大小不同，形成硅酸胶体的种类不同；硅酸胶体最终凝聚成为硅酸沉淀
Na2SiO3的化学性质
Na2SiO3溶液应密封保存在橡胶塞的试剂瓶中
1）物理性质：不溶于水的酸，白色固体。
①酸性太弱，只能与强碱发生中和反应
②不稳定，受热易分解
H2SiO3 + 2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O
2）化学性质H2SiO3是一种很弱的酸，不能使指示剂变色。酸性比碳酸还弱。
硅酸凝胶，经脱水干燥形成硅胶。硅胶疏松多孔，吸附水分能力强，常用做干燥剂和催化剂的载体。
碳原子和硅原子通过共价键连接
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。
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。
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。
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。
在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。
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。
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。
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。