化学人教版高中必修二（2019年新编）-5-3-1 硅酸盐材料 晶体硅（精品课件）.pptx

1、2022-2023必修第二册必修第二册第五章化工生产中的重要非金属第三节 无机非金属材料材料按照化学组成和特性来分：材料按照化学组成和特性来分：无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料高分子材料：高分子材料：传统无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料塑料、合成橡胶、合成纤维塑料、合成橡胶、合成纤维 材料材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的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除了金属材料，还有无机非金属材料等。你知道这些地标性建筑用到了哪些材料吗？从组成上来看，无机非金属材料大多含硅、氧等元素，具有耐高温

2、、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学电学等性能。传统的无机非金属材料多为硅酸盐。硅氧四面体结构具有特殊性，决定了大多数硅酸盐材料具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点 学习 目标PART01PART02通过阅读和讨论，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通过学习，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的奇特性能在高科技领域所发挥的重要作用，激发学习化学的兴趣一、硅酸盐概述物理性质物理性质易溶于水，其水溶液俗称易溶于水，其水溶液俗称水玻璃水玻璃，

3、又称，又称泡花碱泡花碱，是一种无色黏稠的液体，黏性很强。是一种无色黏稠的液体，黏性很强。化学性质化学性质硅酸钠水溶液硅酸钠水溶液呈碱性呈碱性，易吸收空气中，易吸收空气中COCO2 2而变质而变质Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+Na2CO3具体应用具体应用 Na Na2 2SiOSiO3 3溶液（水玻璃）溶液（水玻璃）木材防火、黏胶剂等木材防火、黏胶剂等制备硅酸：制备硅酸：硅酸盐硅酸盐是由硅酸盐是由硅、氧和金属元素硅、氧和金属元素组成的化合物的总称硅酸盐是组成的化合物的总称硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都一类结构复杂的物质，一般都不溶于水不溶于水，化学性质，化学性质很稳定很稳定最

4、简单的硅酸盐NaNa2 2SiOSiO3 3普通玻璃普通玻璃 Na2CaSi6O14石棉石棉 Mg3CaSi4O12黏土黏土 Al2Si2H4O9长石长石 K2Al2Si6O16硅酸盐的丰富性和复杂性硅酸盐的丰富性和复杂性知识拓展-硅酸盐的表示方法硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如：硅酸钠（Na2SiO3）Na2OSiO2高岭石（Al2H4Si2O9）Al2O32SiO22H2O钾云母（KH2Al3Si3O12）K2O3Al2O36SiO22H2O常见硅酸盐材料陶瓷玻璃水泥学习任务一学习任务一传统的传统的无机非金属材料无机非金属材料传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料

5、-硅酸盐材料硅酸盐材料陶瓷陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成。目前仍应用于广泛的生产生活中，如：生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁器等。陶瓷原料原料：历史：历史：应用：应用：黏土黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐主要成分为含水的铝硅酸盐)青花瓷、唐三彩青花瓷、唐三彩生产建筑材料、生产建筑材料、绝缘材料、绝缘材料、日用日用器皿、器皿、卫生洁具等卫生洁具等China 反应条件：反应条件：高温烧结高温烧结瓷都瓷都新石器时代就能烧制新石器时代就能烧制唐宋时期达到鼎盛：唐宋时期达到鼎盛：性质性质 陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成

6、型等许多优耐高温、绝缘、易成型等许多优点，因此，陶瓷制品一直为人们点，因此，陶瓷制品一直为人们所喜爱。所喜爱。汝汝哥哥钧钧定定瓷 器官官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，发生复杂的化学变化而制得。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。含铅的原料制造光学玻璃，透光性好、折射率高，用于制作眼睛、照相机、光学仪器的透镜。加入硼酸盐制造耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，用于实验室所用玻璃仪器。加入金属氧化物或盐，制造彩色玻璃，用于建筑装饰。Few W

7、ords About Our Company制造玻璃主要反应SiO2 +CaCO3 CaSiO3 +CO2高 温SiO2 +Na2CO3 Na2SiO3 +CO2高 温玻璃原料：原料：工业设备：工业设备：应用：应用：纯碱、石灰石和石英砂纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑玻璃窑主要成分：主要成分：生产建筑材料、生产建筑材料、光学仪器、光学仪器、各种各种器皿，器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等制造玻璃纤维用于高强度复合材料等NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2反应条件：反应条件：高温高温熔融熔融SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO

8、3 CaSiO3+CO2加入元素加入元素或物质或物质 玻璃玻璃特性特性 用途用途含铅原料含铅原料光学玻璃光学玻璃:透光性透光性好好,折射率折射率高高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜硼酸盐硼酸盐耐耐化学腐蚀化学腐蚀、耐温度、耐温度急剧变化急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器制造可用于实验室使用的玻璃仪器金属氧化物或盐金属氧化物或盐彩色玻璃彩色玻璃用于用于建筑和装饰建筑和装饰特种玻璃特种玻璃 （Co2O3、CuO）性能性能：玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。玻璃无固定的熔沸点，在一定温度范围内软化。主要反应：主要反应：水泥Creative teamCr

9、eative team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，加入适量的石膏调节水泥硬化速度，再研磨成细粉即可得到普通水泥。水泥、沙子、碎石、水混合可制得混凝土，大量用于建筑和水利工程。水泥原料：原料：工业设备：工业设备：黏土、石灰石、石膏黏土、石灰石、石膏水泥回转窑水泥回转窑混凝土：混凝土：水泥、沙子和碎石等与水混合水泥、沙子和碎石等与水混合石膏石膏的的作用：作用：条件：条件：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水泥是一种非常重要的建筑材料。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。是一种非常重要的建筑材料

10、。万丈高楼平地起，穿针引线是水泥。2.关于水泥的认识关于水泥的认识(1)水泥具有吸水性水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有的性质的性质,因而变硬的水泥不能使用。因而变硬的水泥不能使用。(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放碳酸盐与酸反应会放出出CO2。水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物水泥砂浆：水泥、沙子和水的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物混凝土：水泥、沙子、碎石的混合物信息化时代的每一件高科技通讯设备都离不开一个小小的芯片，那么芯片是用

11、什么材料制成的呢？学习任务二新型无机非金属材料学习任务二新型无机非金属材料 随着科学技术的发展，无机非金随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。系列新型无机非金属材料相继问世。高纯度的含高纯度的含硅硅元素的材料：单晶硅、二元素的材料：单晶硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能。含含碳、氮碳、氮等其他元素，在航天、能源和等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。医疗等领域广泛应用。硅硅在自然界主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物质）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。自然界

12、中不存在游离态的硅。通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式思考交流Si元素元素游离态游离态游离态和化合态游离态和化合态 化合态化合态存在形态存在形态 OSi亲氧元素亲氧元素硅硅是一种亲氧元素是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧合的，因此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。化物及硅酸盐的形式存在。Creative team玛瑙水晶单质硅有晶体硅和无定形硅两种（单质硅的两种形态）硅的氧化物和硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳总量的90%以上。高岭石硅硅是良好的，且用于最为广

13、泛的半导体材料硅金刚石外观形态金刚石内部碳原子排列情况高纯硅外观形态硅晶体内部硅原子排列情况金刚石的物理性质：硬度 ，质地 ，熔点 。大大脆脆高高晶体硅的物理性质：硬度 ，质地 ，熔点 。大大脆脆高（高（1410）晶体硅呈灰黑色，有金属光泽,是良好的半导体材料。硅的化学性质在常温下只能与氟气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、氢氧化钠反应，加热时能与氧气、氯气反应。气反应。稳定性：常温下三反应Si+2F2=SiF4 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2Si+4HF=SiF4+2H2(与唯一酸反应)还原性：加热(高温)三反应加热Si+Cl2=SiCl4

14、加热 Si+O2=SiO2高温Si+C=SiC(金刚砂)高纯硅的制备高纯硅的制备 工业工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%98%左右的粗硅，再以其为原料制备左右的粗硅，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高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷(SiHClSiHCl3 3)，再经氢气还原得到高纯硅。，再经氢气还原得到高纯硅。如何制备高纯度的硅？如何制备高纯度的硅？工业上用焦炭还原石英砂可知制得含有少量杂质的粗硅工业上用焦炭还原石英砂可知制得含有少量杂质的粗硅SiO2+2C=Si+2CO (粗硅)高温若C过量：SiO2+3C=SiC+2C

15、O 高温碳化硅(俗名：金刚砂)提纯提纯Si+3HCl=SiHCl3+H2高温SiHCl3+H2 =Si+3HCl （高纯硅）高温高纯硅的应用芯片太阳能电池除此之外，高纯硅还用于传感器、探测器领域。Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料课堂总结一、硅酸盐材料一、硅酸盐材料（1 1）陶瓷）陶瓷 （2 2）玻璃）玻璃 （3 3）水泥）水泥（1 1）硅和二氧化硫）硅和二氧化硫SiO2+2C=Si+2COSi+3HCl=SiHCl3+H2SiHCl3+H2=Si+3HCI180020001800200030030011001100二、新型无机非金属材料二、新型无机非金属材料