2020版新教材高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料课件新人教版必修第二册
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2.碳、硅的核电荷数分别是6和14,其原子结构示意图分别为
3.CO2是一种酸性氧化物,它和足量NaOH溶液反应的化学方程式
为2NaOH+CO2 === Na2CO3+H2O。
4.地壳中含量最多的两种元素是O、Si,二者形成的化合物为SiO2, 对应的酸为H2SiO3。
知识铺垫
新知预习
自主测试
一、硅酸盐材料 1.无机非金属材料 (1)组成元素:多含硅、氧等元素。 (2)性能:一般具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点,以及特殊的 光学、电学等性能。 (3)应用:广泛应用于航空、航天、信息、医疗和新能源等领域。
富勒烯的代表物
轮的“纳米汽车”
知识铺垫
新知预习
自主测试
碳纳米
材料名 组成
性能
应用或用途
称
可看成由石墨 碳纳米管的比表
碳纳 米管
片层卷成的管 面积大,有相当 可用于生产复合材料、 状物,具有纳米 高的强度和优良 电池和传感器等 尺度的直径 的电学性能
可用于光电器件、超级
石墨 烯
是只有一个碳 电阻率低、热导 电容器、电池和复合材
压电陶瓷
主要有钛酸盐和 锆酸盐等
能实现机 械能与 电能的相 互转化
可用于滤波器、扬声 器、超声波探伤器和 点火器等
知识铺垫
新知预习
自主测试
名称 原料或成分 主要有氧化铝、氧化钇
透明 等氧化物透明陶瓷和 陶瓷 氮化铝、氟化铝等非氧
化物透明陶瓷
超导 — 陶瓷
优良性能 用途
具有优异的 光学性能,耐 高温,绝缘性 好
原子直径厚度 率高,具有很高 料等方面,如使用石墨烯
的单层石墨 的强度
材料制成的动力电池和
超轻海绵等
知识铺垫
新知预习
自主测试
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。( ) (2)硅酸盐中,Si与其周围距离最近的4个O构成正四面体结构。(
)
(3)利用石英坩埚可熔融NaOH固体。( ) (4)水泥、玻璃、陶瓷都属于传统的无机非金属材料。( ) (5)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分都是碳单质。( ) (6)硅是制备光导纤维和光电池的材料。( ) (7)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土 。( )
知识铺垫
新知预习
(3)晶体硅的制备
自主测试
工业制备高纯硅的原理示意图 其中涉及的主要化学反应为:
①SiO2+2C
Si+2CO↑;
②Si+3HCl
SiHCl3+H2;
③SiHCl3+H2
Si+3HCl。
知识铺垫
新知预习
自主测试
(4)硅和二氧化硅的用途 ①晶体硅:制芯片、硅太阳能电池等。 ②二氧化硅晶体:生产光导纤维。 2.新型陶瓷 (1)碳化硅(SiC,俗称金刚砂) ①结构:碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结 构。
知识铺垫
新知预习
自主测试
2.传统无机非金属材料(多为硅酸盐材料) (1)硅酸盐的结构与性能 ①硅酸盐的结构:在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,如下图所 示。
硅氧四面体的结构示意图 ②硅酸盐材料的性质:多数具有硬度高、熔点高、难溶于水、化 学性质稳定、耐腐蚀等特点。
知识铺垫
新知预习
自主测试
(2)三种常见硅酸盐产品
第三节 无机非金属材料
1.结合生产、生活中各种常见的无机非金属材料的应用,了解多 种硅酸盐材料、新型无机非金属材料的性能和用途。培养科学 态度与社会责任这一学科素养。 2.掌握晶体硅的制备原理,培养变化观念。
知识铺垫
新知预习
自主测试
1.金属材料包括纯金属和它们的合金。日常使用的金属材料大 多数属于合金。
②性质和用途:
性质
用途
硬度很大 用作砂纸和砂轮的磨料
高温抗氧化 用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等
知识铺垫
新知预习
自主测试
(2用途
高温结构 陶瓷
一般用碳化硅、 氮化硅或某些金属 氧化物等在高温下 烧结而成
耐高温、 抗氧化、 耐腐蚀等
可用于火箭发动机、 汽车发动机和高温电 极材料等
硅酸盐产品 原料
主要设备或 生产条件
应用
陶瓷
玻璃(主要成 分为 Na2SiO3、 CaSiO3 和 SiO2)
黏土(主要成
分为含水的 高温烧结
铝硅酸盐)
在玻璃窑中
纯碱、石灰石 和石英砂(主
熔融,发生复 杂的物理和
要成分是 化学变化而
SiO2)
制得
用于生产建筑材料、绝 缘材料、日用器皿、卫 生洁具等
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 高强度复合材料等
知识铺垫
新知预习
自主测试
硅酸 盐产 原料 品
主要设备或 生产条件
应用
黏土、石灰石、 在水泥回 水泥、沙子和碎石等与水混
水泥 石膏(调节水泥的 转窑中煅 合可以得到混凝土,大量用
硬化速率)
烧
于建筑和水利工程
【微思考】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分
为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产 过程中发生了怎样的反应?试写出反应的化学方程式。
提示 SiO2+CaCO3 Na2SiO3+CO2↑。
CaSiO3+CO2↑、SiO2+Na2CO3
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自主测试
(3)特种玻璃
在玻璃中加入的元 素或物质
玻璃特性
用途
含铅原料
光学玻璃:透光性好, 制造眼镜、照相机和光学
折射率高
仪器的透镜
硼酸盐
耐化学腐蚀、耐温度 制造可用于实验室使用
急剧变化
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
(7)√
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自主测试
2.下列物质中,属于新型无机非金属材料的是( ) A.有色玻璃 B.碳化硅陶瓷 C.石英玻璃 D.钢化玻璃 答案:B 解析:有色玻璃、钢化玻璃主要成分与普通玻璃相同,属于传统 无机非金属材料;石英玻璃主要成分是二氧化硅,也属于传统无机 非金属材料。
的玻璃仪器
金属氧化物或盐 彩色玻璃
用于建筑和装饰
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自主测试
二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)单质硅的性质 硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间,是应用最为广泛的 半导体材料。 (2)自然界中的硅元素 主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙) 的形式存在。
可用于高压钠灯、 激光器和高温探测 窗等
在某一临界
温度下电阻 可用于电力、交
为零,具有 通、医疗等领域 超导性
知识铺垫
新知预习
自主测试
3.碳纳米材料
碳纳米 材料名 组成 称
性 能
应用或用途
富勒 烯
由碳原子构成的
C60 的发现为纳米科学提供了重要
一系列笼形分子 的总称,其中 C60 是 —
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
3.CO2是一种酸性氧化物,它和足量NaOH溶液反应的化学方程式
为2NaOH+CO2 === Na2CO3+H2O。
4.地壳中含量最多的两种元素是O、Si,二者形成的化合物为SiO2, 对应的酸为H2SiO3。
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一、硅酸盐材料 1.无机非金属材料 (1)组成元素:多含硅、氧等元素。 (2)性能:一般具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点,以及特殊的 光学、电学等性能。 (3)应用:广泛应用于航空、航天、信息、医疗和新能源等领域。
富勒烯的代表物
轮的“纳米汽车”
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自主测试
碳纳米
材料名 组成
性能
应用或用途
称
可看成由石墨 碳纳米管的比表
碳纳 米管
片层卷成的管 面积大,有相当 可用于生产复合材料、 状物,具有纳米 高的强度和优良 电池和传感器等 尺度的直径 的电学性能
可用于光电器件、超级
石墨 烯
是只有一个碳 电阻率低、热导 电容器、电池和复合材
压电陶瓷
主要有钛酸盐和 锆酸盐等
能实现机 械能与 电能的相 互转化
可用于滤波器、扬声 器、超声波探伤器和 点火器等
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自主测试
名称 原料或成分 主要有氧化铝、氧化钇
透明 等氧化物透明陶瓷和 陶瓷 氮化铝、氟化铝等非氧
化物透明陶瓷
超导 — 陶瓷
优良性能 用途
具有优异的 光学性能,耐 高温,绝缘性 好
原子直径厚度 率高,具有很高 料等方面,如使用石墨烯
的单层石墨 的强度
材料制成的动力电池和
超轻海绵等
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1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。( ) (2)硅酸盐中,Si与其周围距离最近的4个O构成正四面体结构。(
)
(3)利用石英坩埚可熔融NaOH固体。( ) (4)水泥、玻璃、陶瓷都属于传统的无机非金属材料。( ) (5)富勒烯、碳纳米管和石墨烯的主要成分都是碳单质。( ) (6)硅是制备光导纤维和光电池的材料。( ) (7)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土 。( )
知识铺垫
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(3)晶体硅的制备
自主测试
工业制备高纯硅的原理示意图 其中涉及的主要化学反应为:
①SiO2+2C
Si+2CO↑;
②Si+3HCl
SiHCl3+H2;
③SiHCl3+H2
Si+3HCl。
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(4)硅和二氧化硅的用途 ①晶体硅:制芯片、硅太阳能电池等。 ②二氧化硅晶体:生产光导纤维。 2.新型陶瓷 (1)碳化硅(SiC,俗称金刚砂) ①结构:碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结 构。
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2.传统无机非金属材料(多为硅酸盐材料) (1)硅酸盐的结构与性能 ①硅酸盐的结构:在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,如下图所 示。
硅氧四面体的结构示意图 ②硅酸盐材料的性质:多数具有硬度高、熔点高、难溶于水、化 学性质稳定、耐腐蚀等特点。
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(2)三种常见硅酸盐产品
第三节 无机非金属材料
1.结合生产、生活中各种常见的无机非金属材料的应用,了解多 种硅酸盐材料、新型无机非金属材料的性能和用途。培养科学 态度与社会责任这一学科素养。 2.掌握晶体硅的制备原理,培养变化观念。
知识铺垫
新知预习
自主测试
1.金属材料包括纯金属和它们的合金。日常使用的金属材料大 多数属于合金。
②性质和用途:
性质
用途
硬度很大 用作砂纸和砂轮的磨料
高温抗氧化 用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等
知识铺垫
新知预习
自主测试
(2用途
高温结构 陶瓷
一般用碳化硅、 氮化硅或某些金属 氧化物等在高温下 烧结而成
耐高温、 抗氧化、 耐腐蚀等
可用于火箭发动机、 汽车发动机和高温电 极材料等
硅酸盐产品 原料
主要设备或 生产条件
应用
陶瓷
玻璃(主要成 分为 Na2SiO3、 CaSiO3 和 SiO2)
黏土(主要成
分为含水的 高温烧结
铝硅酸盐)
在玻璃窑中
纯碱、石灰石 和石英砂(主
熔融,发生复 杂的物理和
要成分是 化学变化而
SiO2)
制得
用于生产建筑材料、绝 缘材料、日用器皿、卫 生洁具等
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 高强度复合材料等
知识铺垫
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自主测试
硅酸 盐产 原料 品
主要设备或 生产条件
应用
黏土、石灰石、 在水泥回 水泥、沙子和碎石等与水混
水泥 石膏(调节水泥的 转窑中煅 合可以得到混凝土,大量用
硬化速率)
烧
于建筑和水利工程
【微思考】生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分
为SiO2),而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2,那么在生产 过程中发生了怎样的反应?试写出反应的化学方程式。
提示 SiO2+CaCO3 Na2SiO3+CO2↑。
CaSiO3+CO2↑、SiO2+Na2CO3
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(3)特种玻璃
在玻璃中加入的元 素或物质
玻璃特性
用途
含铅原料
光学玻璃:透光性好, 制造眼镜、照相机和光学
折射率高
仪器的透镜
硼酸盐
耐化学腐蚀、耐温度 制造可用于实验室使用
急剧变化
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
(7)√
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自主测试
2.下列物质中,属于新型无机非金属材料的是( ) A.有色玻璃 B.碳化硅陶瓷 C.石英玻璃 D.钢化玻璃 答案:B 解析:有色玻璃、钢化玻璃主要成分与普通玻璃相同,属于传统 无机非金属材料;石英玻璃主要成分是二氧化硅,也属于传统无机 非金属材料。
的玻璃仪器
金属氧化物或盐 彩色玻璃
用于建筑和装饰
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二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 (1)单质硅的性质 硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间,是应用最为广泛的 半导体材料。 (2)自然界中的硅元素 主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙) 的形式存在。
可用于高压钠灯、 激光器和高温探测 窗等
在某一临界
温度下电阻 可用于电力、交
为零,具有 通、医疗等领域 超导性
知识铺垫
新知预习
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3.碳纳米材料
碳纳米 材料名 组成 称
性 能
应用或用途
富勒 烯
由碳原子构成的
C60 的发现为纳米科学提供了重要
一系列笼形分子 的总称,其中 C60 是 —
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