课件第五章第三节无机非金属材料课件2022-2023学年高一下学期化学人教版2019必修第二册.pptx

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1、第五章第三节无机非金属材料新课导入无机非金属材料无机非金属材料学习任务1：学习硅酸盐产品的类别、原料、组成、应用1、阅读教材19页内容，学习交流以下两点：（1）传统无机非金属材料指什么？包括哪些类别的物质？（2）学习“资料卡片”，学习硅酸盐的结构，思考、讨论：硅酸盐材料有什么特点？是由什么结构特点决定的？一、硅酸盐材料陶瓷玻璃水泥硅酸盐的结构硅酸盐的结构在硅酸盐中，在硅酸盐中，SiSi和和O O构成了硅氧构成了硅氧 结构，结构，SiSi在中心，在中心，O O在四面体的在四面体的4 4个顶角，每个个顶角，每个SiSi结合结合 个个O O，每个，每个O O结合结合 个个SiSi。2大大多多具具有有

2、硬硬度度高高、熔熔点点高高、难难溶溶于于水水、化化学学性质稳定、耐腐蚀性质稳定、耐腐蚀等特点。等特点。四面体4结构决定性质结构决定性质学习任务1：学习硅酸盐产品的类别、原料、组成、应用2、阅读教材2021页中陶瓷、玻璃和水泥的相关内容，讨论、对比它们各自的原料、主要成分及用途。产品产品原料原料制取设备制取设备主要成分主要成分用途用途陶瓷陶瓷_ 含水的铝硅酸盐含水的铝硅酸盐玻璃玻璃_水泥水泥_硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO(3CaOSiO2 2)、硅酸二钙、硅酸二钙(2CaOSiO(2CaOSiO2 2)、铝酸三钙、铝酸三钙(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3)1.1 陶瓷黏土（含水

3、的铝硅酸盐）黏土（含水的铝硅酸盐）原料原料制作制作用途用途高温烧结高温烧结建筑材料、绝缘材料、建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具日用器皿、卫生洁具陶陶瓷瓷1 12 2原 料原 料设备设备纯碱、石灰石、石英砂纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑玻璃窑3 3原 理原 理复杂物理和化学变化复杂物理和化学变化 4 4成 分成 分NaNa2 2SiOSiO3 3 、CaSiOCaSiO3 3 、SiOSiO2 21.2 玻璃5 5用 途用 途建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维加入原料加入原料 玻璃特性 用途铅铅光学玻璃光学玻璃：透光性透光性好好，折射率折射率高高制造眼

4、镜、照相机和光学仪制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜器的透镜硼酸盐硼酸盐耐耐化学腐蚀化学腐蚀、耐温度、耐温度急剧急剧变化变化制造可用于实验室使用的玻制造可用于实验室使用的玻璃仪器璃仪器金属氧化物或金属氧化物或盐盐彩色玻璃彩色玻璃建筑和装饰建筑和装饰（Co2O3、CuO）1.2 玻璃1.3 水泥123原 料原 料原 理原 理设 备设 备黏土黏土、石灰石、石灰石复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化 水泥回转窑水泥回转窑4 46 6石 膏石 膏混 凝 土混 凝 土条 件条 件5 5高温煅烧高温煅烧调节水泥硬化速率调节水泥硬化速率水泥、沙子、碎石和水水泥、沙子、碎石和水产品产品原料原料设备设备主要成

5、分主要成分应用应用陶瓷陶瓷_ 含水的铝硅酸盐含水的铝硅酸盐玻璃玻璃_水泥水泥_硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO(3CaOSiO2 2)、硅酸二钙、硅酸二钙(2CaOSiO(2CaOSiO2 2)、铝酸三钙、铝酸三钙(3CaOAl(3CaOAl2 2O O3 3)黏土黏土建筑材料、建筑材料、绝缘材料、绝缘材料、日用器皿、日用器皿、卫生洁具等卫生洁具等纯碱、石灰纯碱、石灰石和石英砂石和石英砂NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3和和SiOSiO2 2建筑材料、建筑材料、光学仪器、光学仪器、各种器皿、各种器皿、制造玻璃纤维等制造玻璃纤维等黏土、石灰石黏土、石灰石和和辅料（石膏）

6、辅料（石膏）大量用于建筑和大量用于建筑和水利工程水利工程小结陶瓷窑陶瓷窑玻璃窑玻璃窑水泥回转炉水泥回转炉(1)(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物()()(2)(2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定()()(3)(3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土()()(4)(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行()()(5)(5)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化玻璃和

7、水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化()()【判断正误】二、新型无机非金属材料高纯度的含硅元素：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。含碳、氮等其他元素：在航天、能源和医疗等领域广泛应用。学习任务2：学习新型无机非金属材料1、阅读教材2122页中硅和二氧化硅的相关内容。讨论以下问题：（1）描述硅在周期表中的位置，讨论硅的导电性和硅为什么是应用最广泛的半导体材料。（2）硅在自然界中以什么形式存在？如何制备粗硅？为什么除去晶体硅中的杂质制成高纯硅？（3）学习资料卡片“高纯硅的制备”，结合反应原理，想一想反应生成的氢气和氯化氢是否可以循环利用。（4）高纯硅有哪些用途？（5）二氧化硅有什么用途

8、？2.1 硅和二氧化硅（1 1）硅元素的结构与存在）硅元素的结构与存在翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。出其原子结构示意图，并与碳原子比较。第三周期、第第三周期、第IVAIVA族，处于族，处于金属和非金属金属和非金属的分界线位置的分界线位置硅单质的导电性介于导体和绝硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间缘体之间,是应用最为广泛的是应用最为广泛的半导体材料半导体材料。C CSiSi学习任务2：学习新型无机非金属材料1、阅读教材2122页中硅和二氧化硅的相关内容。讨论以下问题：（1）描述硅在周期表中的位置，讨论硅的导电性和硅为什

9、么是应用最广泛的半导体材料。（2 2）硅在自然界中以什么形式存在？如何制备粗硅？为什么除去晶体硅）硅在自然界中以什么形式存在？如何制备粗硅？为什么除去晶体硅中的杂质制成高纯硅？中的杂质制成高纯硅？（3 3）学习资料卡片）学习资料卡片“高纯硅的制备高纯硅的制备”，结合反应原理，想一想反应生成，结合反应原理，想一想反应生成的氢气和氯化氢是否可以循环利用。的氢气和氯化氢是否可以循环利用。（4）高纯硅有哪些用途？（5）二氧化硅有什么用途？硅元素含量在地壳中居硅元素含量在地壳中居 。硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，硅是亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以主要以 和和 的形式存在。的形式存在。硅酸盐

10、矿石硅酸盐矿石水晶水晶玛玛瑙瑙2.1 硅和二氧化硅（1 1）硅元素的结构与存在）硅元素的结构与存在第二位第二位硅酸盐硅酸盐氧化物氧化物硅单质的物理性质：灰灰黑色，有金属光泽的固体黑色，有金属光泽的固体硅的结构类似于金刚石，硅的结构类似于金刚石，熔熔、沸点高，硬度大、沸点高，硬度大（2 2）单质硅的工业制备）单质硅的工业制备2.1 硅和二氧化硅石英砂粗硅SiHCl31800-2000焦炭300HCl高纯硅1100H2涉及的主要化学反应：涉及的主要化学反应：SiO2+2C Si(粗粗)+2COSi+3HCl SiHCl3+H2SiHCl3+H2 Si(纯纯)+3HCl98%98%三氯硅烷三氯硅烷思

11、考：工业上利用焦炭与思考：工业上利用焦炭与SiOSiO2 2在在高温下反应制备粗硅，由此能否高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？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，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。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。学习任务2：学习新型无机非金属材料1、阅读教材2122页中硅和二氧化硅的相关内容。讨论以下问题：（1）描述硅在周期表中的位置，讨论硅的导电性和硅为什么是应用最广泛的半导体材料。（2）硅在自然界中以什么形式存在

12、？如何制备粗硅？为什么除去晶体硅中的杂质制成高纯硅？（3）学习资料卡片“高纯硅的制备”，结合反应原理，想一想反应生成的氢气和氯化氢是否可以循环利用。（4 4）高纯硅有哪些用途？）高纯硅有哪些用途？（5 5）二氧化硅有什么用途？）二氧化硅有什么用途？（3 3）单质硅的用途）单质硅的用途集成电路的集成电路的芯片芯片 晶体管晶体管SiSi导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，导电性介于导体和半导体之间，是良好的半导体材料，是是 技术和技术和 技术的关键材料。技术的关键材料。硅太阳能电池硅太阳能电池CPUCPU2.1 硅和二氧化硅信息信息新能源新能源（4 4）二氧化硅）二氧化硅（1 1）存在

13、形式）存在形式硅藻土硅藻土石英、水晶、玛瑙、沙子石英、水晶、玛瑙、沙子结晶形：结晶形：无定形：无定形：统称统称硅石硅石（2 2）空间构型：）空间构型：硅氧四面体（空间网状）硅氧四面体（空间网状）熔沸点高、硬度大、不溶于水熔沸点高、硬度大、不溶于水（3 3）物理性质：）物理性质：（5 5）用途：）用途：（4 4）化学性质：）化学性质：稳定、不活泼稳定、不活泼生产生产 、石英、石英坩埚、玻璃仪器等坩埚、玻璃仪器等2.1 硅和二氧化硅光导纤维光导纤维学习任务2：学习新型无机非金属材料2、阅读教材23页的相关内容。讨论以下问题：（1）为什么碳化硅陶瓷的硬度很大？碳化硅有哪些用途？（2）阅读“科学.技术

14、.社会”，还有哪些新型陶瓷？分别有哪些成分、性能和用途？2.2 新型陶瓷 和 通过共价键连接结构：结构：性能性能砂纸和砂轮的磨料SiCSiC碳化硅碳化硅（金刚砂）（金刚砂）高温抗氧化性能高温抗氧化性能硬度大硬度大耐高温结构材料耐高温半导体材料新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在 等方面有很多新的特性和功能。等方面有很多新的特性和功能。光学、热学、电学、磁学光学、热学、电学、磁学碳原子碳原子硅原子硅原子类别类别成分成分性能性能应用应用高温高温结构陶瓷结构陶瓷压电陶瓷压电陶瓷透明陶瓷透明陶瓷超导陶瓷超导陶瓷SiC SiSiC Si3 3N N4

15、4某些金属氧化物某些金属氧化物耐高温、抗氧化、耐高温、抗氧化、耐腐蚀耐腐蚀火箭发动机、高火箭发动机、高温电极材料温电极材料钛酸盐、锆酸盐钛酸盐、锆酸盐实现机械能与电能实现机械能与电能的相互转化的相互转化滤波器、扬声器、滤波器、扬声器、点火器点火器氧化铝、氧化钇氧化铝、氧化钇氮化铝、氟化钙氮化铝、氟化钙优异的光学性能、优异的光学性能、耐高温，绝缘性好耐高温，绝缘性好高压钠灯、激光高压钠灯、激光器、高温探测窗器、高温探测窗某临界温度下电阻某临界温度下电阻为零，超导性为零，超导性电力、交通、医疗电力、交通、医疗2.2 新型陶瓷资料卡片资料卡片YBaYBa2 2CuCu3 3O O7-7-，BiBi2

16、 2SrSr2 2CaCa2 2CuCu3 3O O1010，TlTl2 2BaBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O1010学习活动2：学习新型无机非金属材料3、阅读教材2324页中纳米材料的相关内容，讨论以下内容：（1）什么是富勒烯？富勒烯的代表物是什么？（2）碳纳米管结构特点是什么？有哪些用途？（3）石墨烯的结构特点是什么？具有什么性质？有哪些用途？2.3 碳纳米材料碳纳米碳纳米材料材料富勒烯富勒烯碳纳米管碳纳米管由由 构成的一系列笼形分子的总称，构成的一系列笼形分子的总称，开启了碳纳米材料研究和应用的新时代开启了碳纳米材料研究和应用的新时代由由 卷成的管状物卷成的管状物有相当高的

17、有相当高的 和优良的和优良的 ，可用于生产复合材料、电池和传感器等。可用于生产复合材料、电池和传感器等。石墨烯石墨烯 厚度的单层石墨厚度的单层石墨电阻率电阻率 ，热导率，热导率 ，具有很高的，具有很高的强度；应用于光电器件、超级电容器、强度；应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面。电池和复合材料等方面。（代表物（代表物 ）碳原子碳原子C C60 60 石墨片层石墨片层只有一个碳原子直径只有一个碳原子直径强度强度电学性能电学性能低低高高1.1.氢氟酸是氢氟酸是HFHF的水溶液，可与的水溶液，可与SiOSiO2 2发生反应生成发生反应生成SiFSiF4 4气体和气体和H H2 2O O。

18、请写出该。请写出该反应的化学方程式。想一想，为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃反应的化学方程式。想一想，为什么可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃？SiO24HF=SiF42H2O 拓展学习2.2.SiOSiO2 2可与强碱反应，也能与氢氟酸反应，推断可与强碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiOSiO2 2为两性氧化物是否正确为两性氧化物是否正确?不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水盐和水，所以不属于两性氧，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。化物，但是属于酸性氧化物。思考与交流：氢氟酸是唯一一种能和SiO2反应的酸实验室不用玻璃瓶盛装氢氟

19、酸，应该用 盛装塑料瓶SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO2CaO =CaSiO3高温高温3.3.实验室盛实验室盛NaOHNaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？NaNa2 2SiOSiO3 3的水溶液俗称的水溶液俗称水水玻璃玻璃，具有黏结力强、，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用耐高温等特性，可以用作作黏合剂黏合剂和和防火剂防火剂。NaOHNaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiOSiO2 2反应生成反应生成 Na Na2 2SiOSiO3 3，硅酸钠水溶液，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装有粘性，使瓶塞部分粘结

20、而无法打开。因此盛装NaOHNaOH溶液的溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。注意：不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、KOH、Na2CO3、Na2SiO3溶液等SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O拓展学习1.1.二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅是酸性氧化物，但是SiOSiO2 2不能与水直接化合成不能与水直接化合成H H2 2SiOSiO3 3，那如何制备那如何制备H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？SiOSiO2 2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：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：2.2.如何以

21、如何以SiOSiO2 2为主要原料制取硅酸为主要原料制取硅酸?写出反应的化学方程式。写出反应的化学方程式。SiOSiO2 22NaOH2NaOHNaNa2 2SiOSiO3 3H H2 2O ONaNa2 2SiOSiO3 32HCl2HClH H2 2SiOSiO3 32NaCl2NaCl拓展提升酸性：碳酸酸性：碳酸 硅酸硅酸CO2H2ONa2SiO3H2SiO3Na2CO3NaNa2 2SiOSiO3 32HCl2HClH H2 2SiOSiO3 32NaCl2NaCl首先制备出可溶性硅酸盐首先制备出可溶性硅酸盐硅酸脱水后可制得硅胶，可作为干燥剂及催化剂载体。探究：如何设计实验证明H2CO

22、3的酸性大于H2SiO3?盐酸CaCO3Na2SiO3溶液【思考】1、这个装置能否证明非金属性：CSi？那能否证明非金属性：ClCSi？饱和NaHCO3溶液2、写出试管中的离子方程式：SiO32-CO2（少量）（少量）H2OH2SiO3 CO32-能不能分类分类酸性氧化物酸性氧化物价态价态最高价最高价(氧化性氧化性)特性特性与氢氟酸反应与氢氟酸反应SiOSiO2 2SiO22C=Si+2CO高温高温SiO24HF=SiF42H2O 二氧化硅的化学性质SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO2CaO=CaSiO3高温高温SiO2+Na2CO3 =Na2SiO3+CO2高温高温用途：光导纤维

23、、石英坩埚、水晶饰品、玛瑙饰品归纳总结1、盛放下列试剂的试剂瓶能用磨口玻璃塞的是（）A.氢氧化钠溶液 B.盐酸 C.硅酸钠溶液 D.氢氟酸B当堂检测2、要除去SiO2中混有的少量CaO杂质，最适宜的试剂是（）A.纯碱溶液 B.盐酸 C.硫酸 D.苛性钠溶液3、下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）A.CO2H2CO3 B.SiO2Na2SiO3 C.Na2ONa2CO3 D.SiO2H2SiO3BD1.硅硅在在无无机机非非金金属属材材料料中中一一直直扮扮演演着着重重要要角角色色，被被誉誉为为无无机机非非金金属属材材料料的主角。下列物品的制造用到硅单质的是的主角。下列物品的制造用到硅单

24、质的是()A.玻璃制品玻璃制品B.石英钟表石英钟表C.计算机芯片计算机芯片D.光导纤维光导纤维课堂达标2.下列有关水泥的说法不正确的是下列有关水泥的说法不正确的是()A.制造水泥的主要原料是石灰石、纯碱和黏土制造水泥的主要原料是石灰石、纯碱和黏土B.普通水泥的主要成分是钙的硅酸盐和铝酸盐普通水泥的主要成分是钙的硅酸盐和铝酸盐C.石膏可以调节水泥硬化速率石膏可以调节水泥硬化速率D.混凝土由水泥、沙子和碎石等与水混合而得混凝土由水泥、沙子和碎石等与水混合而得课堂达标4.我我国国科科学学家家合合成成的的3 nm长长的的管管状状碳碳纳纳米米管管，长长度度居居世世界界之之首首。这这种种碳碳纤纤维维具具有

25、有强强度度高高、刚刚度度(抵抵抗抗变变形形的的能能力力)高高、密密度度小小(只只有有钢钢的的1/4)、熔熔点点高高、化化学学稳稳定定性性好好的的特特点点，因因此此被被称称为为“超超级级纤纤维维”。下下列列对对碳碳纤纤维维的的说法中不正确的是说法中不正确的是()A.它是制造飞机的理想材料它是制造飞机的理想材料B.它的主要组成元素是碳元素它的主要组成元素是碳元素C.它的结构与石墨相似它的结构与石墨相似D.碳纤维复合材料耐高温碳纤维复合材料耐高温解析：解析：石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的。课堂达标课堂达标5开开发发新新材材料料是是现现代代科科技技发发展展的的方方向向之之一一。下下列列有有关

26、关材材料料的的说说法法正正确确的的是是()A石墨烯是新型无机非金属材料石墨烯是新型无机非金属材料B纳米材料属于胶体纳米材料属于胶体C硅酸盐材料只含有非金属元素硅酸盐材料只含有非金属元素D二氧化硅常用作人造卫星的太阳能电池二氧化硅常用作人造卫星的太阳能电池6下列材料与其主要成分对应关系错误的是下列材料与其主要成分对应关系错误的是()A漂白粉的有效成分为漂白粉的有效成分为Ca(ClO)2B计算机芯片的主要成分为硅计算机芯片的主要成分为硅C水泥的主要成分为硅酸盐水泥的主要成分为硅酸盐D水玻璃的主要成分是二氧化硅水玻璃的主要成分是二氧化硅7.当当航航天天飞飞机机返返回回地地球球大大气气层层时时，由由于于与与空空气气的的剧剧烈烈摩摩擦擦，飞飞机机尖尖端端的的温温度度可可达达1 000 以以上上，为为了了防防止止高高温温将将其其烧烧毁毁，科科学学家家给给航航天天飞飞机机的的相相应部位安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是应部位安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是()A.塑料塑料B.玻璃玻璃C.新型陶瓷新型陶瓷D.镁铝合金镁铝合金解析：解析：制作保护层的材料应该硬度很大，且具有优异的高温抗氧化性能，只有C项符合要求。课堂达标