1、化学 必修 2 第三节第三节 无机非金属材料无机非金属材料无无机机非非金金属属材材料料含有元素含有元素硅氧等元素硅氧等元素性能性能耐高温、抗腐蚀、硬度高耐高温、抗腐蚀、硬度高特殊的光学、电学等性能特殊的光学、电学等性能应用应用日常生活应用日常生活应用航空航天领域航空航天领域信息领域信息领域新能源领域新能源领域无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为_和和_两种，其中传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，通常包两种，其中传统无机非金属材料多为硅酸盐材料，通常包括陶瓷、玻璃和水泥三种括陶瓷、玻璃和水泥三种传统无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非
2、金属材料新型无机非金属材料第 3 页传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料-硅酸盐材料硅酸盐材料第 4 页传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料-硅酸盐材料硅酸盐材料产品产品原料原料主要成分主要成分应用应用陶瓷陶瓷_(含水的含水的铝硅酸盐铝硅酸盐)玻璃玻璃普通玻璃：普通玻璃：水泥水泥黏土黏土生产建筑材料、绝缘材料、日生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等用器皿、卫生洁具等纯碱、石灰石和纯碱、石灰石和石英砂（主要成石英砂（主要成分是分是SiO2）Na2SiO3、CaSiO3和和SiO2生产建筑材料、光学仪器和各生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高种器皿，制造玻璃纤维用于
3、高强度复合材料强度复合材料黏土和石灰石黏土和石灰石以以及其他辅料及其他辅料大量用于建筑和水利工程大量用于建筑和水利工程第 5 页为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水为什么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？、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？在硅酸盐中，在硅酸盐中，Si和和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si结合结合4个个O，Si在中心，在中心，O在四面体的在四面体的4个顶角；许多这样的四面体个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的还可以通过顶角的O相互连接，每个相互连接，每个O为两个四面体所共有，与为两个
4、四面体所共有，与2个个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点第 6 页新型无机非金属材料新型无机非金属材料一、硅和二氧化硅一、硅和二氧化硅二、新型陶瓷二、新型陶瓷三、碳纳米材料三、碳纳米材料第 7 页新型无机非金属材料新型无机非金属材料一、硅和二氧化硅一、硅和二氧化硅（1 1）硅元素的存在与结构）硅元素的存在与结构翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图
5、，并与碳原子比较。示意图，并与碳原子比较。处于金属与非金属的过渡位置处于金属与非金属的过渡位置半导体半导体材料材料硅的原子结构硅的原子结构 硅原子和碳原子的最外电子层均有硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成去也不易得到电子，主要形成四价四价的化合物。的化合物。Si+148 42+642C（1 1）硅元素的存在与结构）硅元素的存在与结构硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位第 10 页通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式吗？思考交流硅的存在形式硅的存在形式 硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳
6、中大部分的岩石、沙子和土壤岩石、沙子和土壤、约占地壳总、约占地壳总量的量的90%以上。以上。硅是一种亲氧元素硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。碳碳统治有机界：统治有机界：碳碳是构成是构成有机物有机物的主要元素。的主要元素。硅硅统治无机矿物界：统治无机矿物界：硅硅是构成是构成岩石与许多矿物岩石与许多矿物的基本元素。的基本元素。第 12 页硅的制备SiO2+2C=Si+2CO (粗硅)高温内容解读Si+3HCl=SiHCl3+H
7、2高温SiHCl3+H2 =Si+3HCl （高纯硅）高温若C过量：SiO2+3C=SiC+2CO 高温碳化硅(俗名：金刚砂)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提纯提纯如何制备高纯度的硅？如何制备高纯度的硅？第 13 页硅的制备SiO2+2C=Si+2CO (粗硅)高温内容解读工业上利用焦炭与工业上利用焦炭与SiOSiO2 2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？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，上提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情
8、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。述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。知识点补充知识点补充（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 14 页晶体硅的用途集成电路 晶体管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硅太阳能电池电脑中央处理器（CPU）（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 15 页价值5元
9、的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙 成金从沙滩到用户晶体硅的用途（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 16 页SiO2的晶体结构晶体Si的结构硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定二氧化硅二氧化硅（SiO2）的晶体结构物理性质：物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。化学性质很稳定，不活泼。（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节
10、无机非金属材料28ppt第 17 页二氧化硅（SiO2）存在形式结晶形（石英晶体）无定形硅藻土水晶玛瑙二氧化硅的存在内容解读（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 18 页二氧化硅的用途二氧化硅的用途 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维（光导纤维（通信通信）石英坩埚石英坩埚玻璃仪器玻璃仪器精美瓷器精美瓷器
11、P 22（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt拓展实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 20 页 1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？某同学根据氢氟酸反应，推断不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考交流 NaOH溶液能与玻璃中的溶液能与玻璃中的SiO2反应生成反应生成 Na2S
12、iO3，硅酸钠水溶，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH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。SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt酸性氧化物酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐与碱性氧化物反应生成盐 SiO2+CaO=CaSiO3 化学性质化学性质:高温高温与强碱反应生成盐和水与强碱反应生成盐和水 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2
13、O与与HF的反应（的反应（SiO2的特性）的特性）SiO2+4HF=SiF4+2H2O不不与与水反应水反应与某些盐的反应与某些盐的反应 SiO2+Na2CO3 =Na2SiO3+CO2 高温高温（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 22 页新型无机非金属材料新型无机非金属材料一、硅和二氧化硅一、硅和二氧化硅二、新型陶瓷二、新型陶瓷三、碳纳米材料三、碳纳米材料（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属
14、材料28ppt第 23 页二、新型陶瓷二、新型陶瓷新型陶瓷新型陶瓷组成特性和功能不再限于传统的硅酸盐体系不再限于传统的硅酸盐体系在光学、热学、电学、磁学等方面具在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能有很多新的特性和功能实例SiC俗称俗称金刚石金刚石具有类似金刚石的结构，硬度很大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，可用作砂纸和砂轮的磨料具有优异的高温抗氧化性能，使用具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达温度可达1600，可用作耐高温结，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料构材料、耐高温半导体材料阅读阅读P23新型陶瓷新型陶瓷（新教材）【人教版】高中化学必修二
15、第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 24 页新型无机非金属材料新型无机非金属材料一、硅和二氧化硅一、硅和二氧化硅二、新型陶瓷二、新型陶瓷三、碳纳米材料三、碳纳米材料（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 25 页三、碳纳米材料三、碳纳米材料碳纳米材料碳纳米材料富勒烯碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子的总称由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物代表物C60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
16、和应用的新时代是由石墨片层卷成的管状物是由石墨片层卷成的管状物有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、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。电池和传感器等。石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨只有一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于电阻率低，热导率高，具有很高的强度。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 26 页当堂巩固
17、1、地壳中含量第一和第二的两种元素所形成的化合物不具有的性质是（）A.熔点很高 B.与水反应生成对应的酸 C.可与烧碱反应生成盐 D.坚硬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BB（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 27 页3、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是下列关于无机非金属材料的说法中正确的是()A.传统无机非金属材料是指传统无机非金属材料是指:光导纤维、玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料光导纤维、玻璃、水泥、
18、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都是硅酸盐传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐【解析】【解析】选选C C。A A项中项中,光导纤维是新型无机非金属材料光导纤维是新型无机非金属材料;B;B项中项中,强度比较差是错误的强度比较差是错误的;D;D项中新型无机非金属材料中的光导纤维、
19、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。项中新型无机非金属材料中的光导纤维、单晶硅等其成分都不是硅酸盐。（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt第 28 页4 4、硅是无机非金属材料的主角硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%90%以上。以上。(1)(1)下列物质不属于硅酸盐的是下列物质不属于硅酸盐的是_。A.A.陶瓷陶瓷B.B.玻璃玻璃C.C.水泥水泥D.D.生石灰生石灰(2)SiO(2)SiO2 2是玻璃的主要成分之一是玻璃的主要成分之一,S
20、iO,SiO2 2和和COCO2 2都属于酸性氧化物都属于酸性氧化物,性质相似性质相似,SiO,SiO2 2与氢氧化钠溶与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为液反应的化学方程式为_,_,工艺师常用工艺师常用_(_(填物质名称填物质名称)来雕刻玻来雕刻玻璃。璃。(3)(3)用用NaNa2 2SiOSiO3 3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明说明NaNa2 2SiOSiO3 3可用作可用作_。(4)(4)工业上常利用反应工业上常利用反应2C+SiO2C+SiO2 2 Si+2COSi+2CO制备硅单质制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的该反应中所含元素化合价升高的物质是物质
21、是_(_(填化学式填化学式,下同下同),),氧化剂是氧化剂是_。【解析】【解析】(1)生石灰是生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含硅元素为碱性氧化物且不含硅元素,不属于硅酸盐。不属于硅酸盐。(2)SiO2与与NaOH溶溶液反应的化学方程式为液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。由于。由于SiO2能溶于氢氟酸能溶于氢氟酸,因此工艺师因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称水溶液又称“水玻璃水玻璃”,具有阻燃的功能具有阻燃的功能,因此可用作因此可用作防火剂。防火剂。(4)题给反应中题给反应中C(碳碳)被氧化被氧化,SiO2中中+4价的硅被还原价的硅被还原,因此因此SiO2作氧化剂。作氧化剂。（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt（新教材）【人教版】高中化学必修二 第五章第三节无机非金属材料28ppt
