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

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料获奖ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了第一部分，硅酸盐材料，金属材料，金属单质和合金，无机非金属材料，有机高分子材料，纤维橡胶，复合材料，①材料的分类，②无机非金属材料等内容，欢迎下载使用。
1、通过阅读交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。 2、通过自主学习，了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料奇特性能及其在高科技领域所发挥的重要作用，激发学习化学的兴趣。 3、联系生活实际和现代科技成果，了解粗硅的制法和高纯硅的提纯原理及纳米材料的类别结构特点、性能和用途，感受化学就在身边，培养科学探究的精神和社会责任感。
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。
任务一、认识硅酸盐的组成及结构
学生活动1：阅读教材P19页内容，回答无机非金属材料的性能、用途和组成分别是什么？填写表格内容。
玻璃、陶瓷、水泥硅—太阳能电池
玻璃纤维、碳纤维、酚醛树脂、环氧树脂
传统无机非金属材料新型无机非金属材料
耐高温、抗腐蚀、硬度高、特殊的光学、电学等性能
日常生活应用、航空航天领域、新能源领域、信息领域
③通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2。 长石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。
硅酸盐氧化物形式的改写方法
氧化物顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水氧化物之间用“·”隔开
钠长石(NaAlSi3O8)不能写成1/2Na2O·1/2Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。
配置原则：各元素原子总个数比值符合原来的组成，若出现分数应化为整数。
学生活动2：结合教材“资料卡片”，思考硅酸盐的结构、性质、用途有何特点？
①硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都不溶于水，化学性质很稳定。
②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。
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、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
【典例1】下列说法正确的是（ ） ①构成岩石与许多矿物的基本元素是碳 ②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si周围结合4个O ③使用量最大的无机非金属材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产 品 ④硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体 A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③
【解析】①硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸盐等的形式存在，二氧化硅、硅酸盐等硅的化合物是构成岩石和许多矿物的主要成分，因此可以说硅是构成岩石与许多矿物的基本元素，①错误；②二氧化硅晶体的基本结构单元中，每个Si原子与4个O原子形成4个Si-O共价键；每个O原子与2个Si原子形成Si-O共价键，这种结构向空间扩展就形成了立体网状结构，其中含有的Si、O原子个数比是1：2，②正确；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品是使用量最大的传统无机非金属材料，③正确；④硅胶多孔，表面积大，吸附能力强，常用作干燥剂，也可用作催化剂的载体，使反应物充分接触发生反应，④正确；综上所述可知：说法正确的是②③④，故合理选项是B。
【典例2】我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国，下列国宝级文物 主要由硅酸盐制成的是（ ）
【解析】A项，四羊方尊主要成分为铜合金，错误；B项，千里江山图主要材料为纤维素，错误；C项，青铜神树的主要成分为铜合金，错误；D项，兵马俑为陶俑主要材料为硅酸盐，正确。
任务二、认识三种常见的硅酸盐产品
学生活动1：阅读教材P20-21页内容，思考三种常见硅酸盐产品的制作原理及主要原料、设备、成分分别是什么？填写表格内容。
①三种常见硅酸盐产品的性能及应用：
新石器时代就能烧制(China瓷都),唐宋时期达到鼎盛：青花瓷、唐三彩。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等。
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。
玻璃无固定的熔、沸点，在一定温度范围内软化。
不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐。制水泥过程中加入石膏的作用是调节水泥硬化速率。
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。
一种非常重要的建筑材料，大量用于建筑和水利工程。
②三种常见的硅酸盐产品的制备比较：
Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
Al2O3·2SiO2·2H2O
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
学生活动2：问题探究1—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？
【答案】氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况（如溶液）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。
【答案】①不能。因该反应不是在溶液中进行，所以 不能证明硅酸的酸性强于碳酸的酸性。 ②可用右图装置和方法来证明硅酸和碳酸酸性的强弱：
【典例1】“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷 的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品，玻璃、水泥和陶瓷均为硅 酸盐制品，下列有关说法中正确的是（ ） A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
【解析】陶瓷是人类最早使用的硅酸盐材料，不是玻璃，A错；水泥的原料是黏土和石灰石，纯碱、石灰石、石英是制造玻璃的原料，生成玻璃不需要黏土，B错；硅酸盐性质稳定，熔点较高，所以硅酸盐制品一般具有性质稳定、熔点较高的特点，C正确；沙子主要成分是二氧化硅，为氧化物，不是硅酸盐，D错。
【典例2】下列说法不正确的是（ ） A．陶瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 B．普通玻璃以纯碱、石灰和石英砂为原料，发生复杂的物理和化学 变化制得 C．普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料 D．向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率
【解析】A项，陶瓷是以粘性较高、可塑性较强的黏土为主要原料，经高温烧结而成，正确；B项，生产普通的原料是玻璃以纯碱、石灰石和石英砂，发生化学变化制得，错误；C项，普通硅酸盐水泥以黏土和石灰石为主要原料，由硅酸盐水泥熟料、混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，正确；D项，向水泥中加入适量的石膏可以调节水泥硬化速率，正确。
任务一、认识硅和二氧化硅
学生活动1：阅读课本P21最后两自然段，思考硅在自然界的存在、结构、用途和制备方法分别是什么？完成表格内容。
①硅的存在、结构及用途：
Si导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料
【温馨提示】硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。
地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。
高纯硅的制备原理（主要化学反应）：
学生活动2：问题探究1—碳和硅原子结构相似，为什么SiO2和CO2的物理性质差别很大，化学性质有哪些相同点和不同点？
①SiO2和CO2的物理性质差别很大的原因：SiO2是立体网状结构的晶体，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子结合成的分子，微粒间的作用力远小于SiO2。
②SiO2和CO2都属于酸性氧化物，但SiO2与水、一般的酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。
④CO2和SiO2的比较：
存在于岩石、沙子、石英、水晶、硅藻土中
固体，难溶于水，熔、沸点高，硬度大
通常情况下为无色无味气体，密度比空气大，微溶于水
只与氢氟酸反应SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3
如与Na2O反应：CO2＋Na2O==Na2CO3
制饰品、坩埚、光导纤维
学生活动2：问题探究2—实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？
①NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3：SiO2＋2NaOH =Na2SiO3＋H2O，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。
②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作黏合剂和防火剂。
【典例1】下列关于SiO2的叙述正确的是（ ） ①SiO2能与水反应生成硅酸 ②SiO2对应的水化物是可溶性弱酸 ③硅原子和碳原子的最外层电子数相同，SiO2和CO2的分子结构也相同 ④SiO2既能与氢氧化钠溶液反应又能与氢氟酸反应，故SiO2是两性氧化 物 ⑤SiO2中硅元素为+4价，故SiO2具有氧化性 ⑥在SiO2中，每个硅原子结合2个氧原子 A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤
任务二、常见两种新型无机非金属材料
学生活动1、阅读教材P23页内容，结合“科学·技术·社会”栏目，回答常见新型陶瓷的种类、成分、性能及主要用途有哪些？填写表格内容。
硬度大、耐高温、抗氧化
磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料
耐高温、抗氧化、耐腐蚀
用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等
能实现机械 能和电 能的相互转化
用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等
用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等
具有优异的光学性能、耐高温、 绝缘性好
用于电力、交通、医疗等领域
学生活动2、阅读教材P23-24页内容，回答常见碳纳米材料的种类、性能及用途有哪些？填写表格内容。
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其中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,开启了碳纳米材料的研究和应用的新时代,如用C60作车轮的“纳米汽车”。
在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究正在不断深入。
电阻率低、热导率高，具有很高的强度
只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
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，有相当高的强度 和优良的电学性能
生产复合材料、电池和传感器等
【典例1】下列关于无机非金属材料的说法不正确的是(　　) A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但 强度比较差 C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度 小等优点 D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
【解析】无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应和生物功能等。
【典例2】北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现 代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能 服饰、铝合金管材和光导纤维等等。有关说法中不正确的是（ ） A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料 B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的 主要成分是二氧化硅 C．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅 D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料
【解析】石墨烯是单层二维蜂窝状结构碳单质，是具有优异的光学、电学、力学特性的新型材料，故A正确；光缆的主要成分是二氧化硅，故B正确；芯片的关键材料是单质硅，故C错误；富勒烯及石墨烯都是碳单质，是新型无机非金属材料，故D正确；选C。
1．化学知识与科技、生产、生活有密切的关系。下列叙述中错误 的是（ ）A．“天宫二号”空间运行的动力源泉——太阳能电池帆板，其 核心材料为晶体硅B．“天问一号”火星车使用的保温材料——纳米气凝胶，具有 丁达尔效应C．三星堆二号祭祀坑出土商代的铜人铜像填补了我国考古学、 青铜文化史上的诸多空白。青铜器的出土表明我国商代已经掌 握冶炼铜技术D．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化 硅
【解析】A．宫二号使用的光伏太阳能电池的核心材料是半导体硅，天宫二号使用的光伏太阳能电池是将太阳能转化为电能，A正确；B．“天问一号”火星车使用的热控材料是新型保温材料-纳米气凝胶，属于胶体，能够产生丁达尔效应，B正确C．青铜器的主要成分是铜单质，商代的铜人铜像，说明此时我国已经掌握炼铜技术，C正确；D．单质硅是半导体材料，芯片中的半导体材料为单质硅，D错误；故选D。
2．下列关于日常现象与生活常识的解释中错误的是（ ）A．卤水点豆腐、伤口上涂抹氯化铁溶液止血均利用了胶体的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均为硅酸盐制品，属于无机非金属材料C．铝合金不易发生锈蚀是因为铝在常温下不与空气中的氧气反应D．一氧化碳难溶于水，在火炉边放一盆水无法防止一氧化碳中毒
【解析】豆浆，血液属于胶体，所以应具备胶体的性质，在遇到电解质溶液、加热、电性相反的电解质的时候都会聚沉，A正确；玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸盐类，都属于传统的无机非金属材料，B正确；铝合金不易锈蚀是因为铝在常温下与氧气反应生成一层致密的氧化膜，阻止内部的铝与氧气继续反应，C错；一氧化碳不溶于水，水不能防一氧化碳中毒，D正确。
3．下列说法不正确的是（ ）A．二氧化碳密度比空气大，可做镁着火的灭火剂B．硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料C．光导纤维的主要成分是二氧化硅D．青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示 为Al2O3·2SiO2·2H2O
【解析】二氧化碳能与镁发生反应，不能用作镁着火的灭火剂，A错误；硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，电子工业上用途广泛，B正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，晶体硅是重要的半导体材料，C正确；依据元素化合价代数和为0，分析硅酸盐用氧化物形式书写，青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，以氧化物形式科表示：Al2O3•2SiO2•2H2O，故D正确。
4．由粗SiO2 (含少量Fe2O3、Al2O3杂质)制备纯SiO2的流程如图所示，下列说法错误的是（ ）A．X可用作木材防火剂B．步骤Ⅱ中的主要反应是C． SiO2是将太阳能转化为电能的常用材料D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，一般在坩埚中进行
【解析】粗SiO2 (含少量Fe2O3、Al2O3杂质)中加入足量NaOH溶液，SiO2转化为Na2SiO3、Al2O3转化为NaAlO2；过滤后，往滤液中加入过量H2SO4后，NaAlO2转化为Al2(SO4)3等，Na2SiO3转化为H2SiO3等；过滤出H2SiO3，洗涤、干燥，灼烧H2SiO3将生成SiO2。A．由分析可知，X为Na2SiO3及少量NaAlO2，Na2SiO3可用作木材防火剂，A正确；B．步骤Ⅱ中，Na2SiO3转化为H2SiO3，NaAlO2转化为Al2(SO4)3等，主要反应是Na2SiO3+H2SO4=H2SiO3↓+Na2SO4，B正确；C．Si可用于生产太阳能电池，是将太阳能转化为电能的常用材料，SiO2主要用于生产光导纤维，C错误；D．若在实验室中完成步骤Ⅲ，灼烧H2SiO3生成SiO2，一般在坩埚中进行，D正确；故选C。
陶瓷：以黏土为主要原料高温烧结而成玻璃：以纯碱、石灰石、石英砂为主要原料高温熔融而成水泥：以石灰石、黏土为主要原料高温煅烧而成
高纯硅：广泛用于信息技术和新能源技术领域二氧化硅：可用于生产光导纤维新型陶瓷：用作耐高温结构材料、半导体材料碳纳米材料：包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等用于能源、信息、医药、纳米材料等领域