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 无机非金属材料你知道水晶、玛瑙、沙子的主要成分是什么吗？你知道水晶、玛瑙、沙子的主要成分是什么吗？看到计算机的芯片，传导电话的光缆，化学实验的玻璃仪器，你能想象得出它们都是以硅或硅的化合物材料制成的吗？除了以硅酸盐为主要成分的传统无机非金属材料外，你还知道其他无机非金属材料吗？让我们走进教材一起学习新型无机非金属材料。学习 目标PART01PART02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结合身边的生活用品、电子产
2、品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学习化学、投身国家建设的社会责任感是沙子、水晶、石英、玛瑙的主要成分，可用于制光导纤维学习任务一 二氧化硅难溶于水，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。结构 OSi立体网状结构物理性质：物理性质：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在自然界的广泛存在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。在，从古到今都被人类广泛地应用着。二氧化硅二氧化硅的用途的用途沙子是基本的
3、沙子是基本的建筑材料建筑材料；纯净的纯净的SiO2是光学和是光学和光纤光纤制品的基本原料；制品的基本原料；水晶、石英和玛瑙可制作水晶、石英和玛瑙可制作饰品饰品和和工艺品工艺品；水晶水晶用来制造电子工业中的重要部件。用来制造电子工业中的重要部件。光学纤维胃镜光学纤维胃镜光导纤维光导纤维手术头灯手术头灯用用光光导导纤纤维维无无开开刀刀手手术术石英坩埚我也是一个普通人，在世界上行走一圈，能留下一点脚印，我已经心满意足。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.SiO2属于哪类氧化物？属于哪类氧化物？思思 考考2.酸性氧化物的通性是什么
4、？酸性氧化物的通性是什么？3.能否根据能否根据CO2的性质来类推的性质来类推SiO2的化学性质？的化学性质？SiOSiO2 2+4HF=SiF+4HF=SiF4 4+2H+2H2 2O O与与HFHF反应反应唯一能与唯一能与SiOSiO2 2反应的酸反应的酸用途：刻蚀玻璃用途：刻蚀玻璃酸性氧化物酸性氧化物弱氧化性弱氧化性与碳酸盐反应与碳酸盐反应高温高温与强碱溶液反应：与强碱溶液反应：与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：高温高温高温高温工业生产工业生产玻璃原理玻璃原理装装NaOHNaOH溶液的试剂瓶是溶液的试剂瓶是什么样子的呢？什么样子的呢？SiOSiO2 2+2C+2C=Si+2COSi+2C
5、O高温高温用途：制粗硅用途：制粗硅装碱性溶液的试剂瓶用装碱性溶液的试剂瓶用橡胶塞橡胶塞化学性质化学性质你知道玻璃上的图案是如何刻上去的吗？氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应成SiF4和H2O。请写出该反应的化学方程式。存在形态 天然二氧化硅（占地壳质量的12%）结晶形无定形硅石石英水晶玛瑙硅藻土思考与讨论1、半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”。你知道其含义吗？2、光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么？碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？=分类酸性氧化物价态最高价(氧化性)特性与氢氟酸反应高温高温高温高温二
6、氧化硅的化学性质二氧化碳二氧化碳 二氧化硅二氧化硅 水水碱碱碱性碱性氧化氧化物物CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3不反应不反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3高温高温HF SiO2+4HF=SiF4+2H2O 不反应不反应CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3 SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2高温高温SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2高温高温碳碳CO2+C=2COSiO2+2C=Si+2CO高温高温碳酸碳酸盐盐如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？如何通过实验来证明硅
7、酸的酸性比碳酸弱？CaCO3盐酸盐酸饱和饱和Na2SiO3溶液溶液CO2(HCl)排除干扰 酸性：酸性：H2CO3H2SiO3 自主探究如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？饱和饱和Na2SiO3溶液溶液CaCO3盐酸盐酸CO2(HCl)饱和饱和 NaHCO3 溶液溶液自主探究如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？如何通过实验来证明硅酸的酸性比碳酸弱？饱和饱和Na2SiO3溶液溶液CaCO3盐酸盐酸CO2(HCl)CO2SiNa2SiO3SiO2H2SiO3O2 /F2Na2O、NaOHH2O+CO2/HClNaOH物质类别物质类别化化合合价价单质单质氧化
8、物氧化物盐盐含氧酸含氧酸0+4酸碱转化酸碱转化氧化还原转化氧化还原转化Na2CO3C/高温高温SiF4HFHFNaOHSiCl4Cl2H2氯化物氯化物硅元素的价类图SiHCl3HClH2+2新型陶瓷学习任务二 其他新型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，在光学、光学、热学、电学、磁学热学、电学、磁学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。碳化硅碳化硅陶瓷陶瓷结构：性能碳原子和硅原子通过共价键连接高温抗氧化性能硬度大砂纸和砂轮的磨料耐高温结构材料耐高温半导体材料碳化硅碳化硅SiCSiC：俗称金刚砂：俗称金刚砂类类 型型 组组
9、成成 性性 能能 用用 途途高温结高温结构陶瓷构陶瓷碳化硅、氮化硅或碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物某些金属氧化物耐高温、抗氧化、耐耐高温、抗氧化、耐磨蚀等磨蚀等火箭或汽车的发动火箭或汽车的发动机、高温电极材料机、高温电极材料压电陶瓷压电陶瓷 钛酸盐和锆酸盐等钛酸盐和锆酸盐等 实现机械能与电能的实现机械能与电能的相互转化相互转化滤波器、扬声器、超滤波器、扬声器、超声波探伤器、点火器声波探伤器、点火器等等透明陶瓷透明陶瓷 氧化铝、氧化钇或氧化铝、氧化钇或氮化铝、氟化钙氮化铝、氟化钙具有优异的光学性能具有优异的光学性能,耐高温耐高温,绝缘性好绝缘性好高压钠灯、激光器、高压钠灯、激光器、高温探测窗等高
10、温探测窗等超导陶瓷超导陶瓷 在某一临界温度下电在某一临界温度下电阻为零阻为零,具有超导性具有超导性电力、交通、医疗等电力、交通、医疗等领域领域 新型陶瓷新型陶瓷碳碳纳米碳管纳米碳管 1991年，日本化学家饭岛博士饭岛博士在对石墨电弧放电实验时，发现了有单层、多层石墨卷曲而成的碳纳米碳管。纳米碳管的发现也给材料研究带来了新的变革。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。C60的发现的发现 1985，美国化学家斯莫利和柯尔以及英国化学家克鲁特，通过激光照射石墨实验，发现新型单质
11、C60分子。并在建筑设计师富勒设计球形建筑的启发下，绘制出由20个正六边形和12个正五边表 构成的“笼状”分子 结构，并把它命名为“富勒烯”，因分子结构形似足球，又称为“足球烯”。1996年三个获诺贝尔化学奖。物质物质结构结构性质性质用途用途富勒富勒烯烯由碳原子构成的一系列由碳原子构成的一系列笼形分子的总称（代笼形分子的总称（代表物表物C60）具有超导性能具有超导性能在电学、磁学、光学等方面在电学、磁学、光学等方面都有重要应用都有重要应用碳纳碳纳米管米管可看成是由石墨片层卷可看成是由石墨片层卷成的管状物，成的管状物，具有纳米尺度的直径具有纳米尺度的直径比表面积大，有相当比表面积大，有相当高的强
12、度和优良的高的强度和优良的电学性能电学性能用于生产复合材料、电池和用于生产复合材料、电池和传感器等传感器等石墨石墨烯烯只有一个碳原子直只有一个碳原子直径厚度的单层石墨径厚度的单层石墨电阻率低、热导电阻率低、热导率高，具有很高的强率高，具有很高的强度度在光电器件、超级电容器、在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入应用研究正在不断深入是是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。医药等领域有着广阔的应用前景。碳纳米材料“冬奥会冬奥会”演员服饰用上石墨烯演员服饰用上石墨烯 智能发热防寒保暖智能发热防寒保暖 石墨烯石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨课堂总结课堂总结新型无机非金属材料硅应用:芯片、太阳能电池二氧化硅是沙子、水晶、石英、玛瑙的主要成分，可用于制光导纤维新型陶瓷碳化硅（金刚砂）氮化硅 Si3N4压电陶瓷透明陶瓷超导陶瓷碳纳米材料富勒烯碳纳米管石墨烯
