【新人教版】高一化学必修第二册 第五章 第三节 第一课时 无机非金属材料

石墨烯
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 光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面
【课堂回眸】
作业： 作业：
1.本节课学过的化学方程式，每个写两遍。 2.课本25页，1、2、3、4、5（1）、（2）。
当堂巩固第 31 页
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
4、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90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
第 33 页
A.陶瓷
B.玻璃
C.水泥
D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2和CO2都属于酸性氧化物,性质相似,SiO2与氢氧化钠 溶液反应的化学方程式为________,工艺师常用________________ (填物质名称)来雕刻
普通玻璃：
Na2SiO3、 CaSiO3和SiO2
生产建筑材料、绝缘材料、日 用器皿、卫生洁具等
生产建筑材料、光学仪器和各 种器皿，制造玻璃纤维用于高 强度复合材料
水泥
黏土和石灰石以 及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
玻璃
第5 页
【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。
新型无机非金属材料
第7 页
2
一、硅和二氧化硅 二、新型陶瓷 三、碳纳米材料
新型无机非金属材料
第8 页
2
一、硅和二氧化硅
（1）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 示意图，并与碳原子比较。
处 于 金 属 与 非 金 属 的 过 渡 位 置
半导体 材料
（1）硅元素的存在与结构 硅的原子结构
是（ B ）
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（ B ）
A.纯碱溶液 B.盐酸 C.硫酸
D.苛性钠溶液
3、下列关于无机非金属材料的说法中正确的是
()
第 32 页
A.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
2.新型陶瓷
碳化硅 陶瓷
结构 碳原子和硅原子通过共价键连接
性能 硬度大
砂纸和砂轮的磨料
高温抗氧化性能 耐高温结构材料 耐高温半导体材料
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，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良 性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。
新型无机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ金属材料
第 27 页
2
一、硅和二氧化硅
二、新型陶瓷
三、碳纳米材料
三、碳纳米材料
第 28 页
富勒烯
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,代表物C60
开启了碳纳米材料研究和应用的新时代
碳纳米材料
是由石墨片层卷成的管状物 碳 纳 米 管 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。
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。
透明陶瓷
主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟 化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温， 绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。 超导陶瓷 在某一临界温度下电阻为零，具有超 导性，用于电力、交通、医疗等领域 。
Si +14 2 8 4
C +6 2 4
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 去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。
硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位
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
第 11 页
硅的存在形式
硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态 存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。
石英坩埚
玻璃仪器
精美瓷器
光导纤维（通信）
P 22
拓展
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
雕刻玻璃，你会吗？
实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！
思考 交流
1、实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？ 第 21 页
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，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NaOH溶液 的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。
玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作________。 (4)工业上常利用反应2C+SiO2 Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的 物质是______(填化学式,下同),氧化剂是________________。
【解析】(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含硅元素,不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶 液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师 常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作 防火剂。(4)题给反应中C(碳)被氧化,SiO2中+4价的硅被还原,因此SiO2作氧化剂。
硅的氧化物及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。
硅的制备 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
⑴SiO2+2C 高==温Si+2CO ↑ (粗硅)
高温
若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑ 碳化硅(俗名：金刚砂)
SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应，推断SiO2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盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性
氧化物。
化学性质:
①酸性氧化物
与碱性氧化物反应生成盐
高温
SiO2 + CaO == CaSiO3 与强碱反应生成盐和水
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
阅读P19页内容
录目
01、硅酸盐材料（传统的无 机非金属材料）
02、新型无机非金属材料
硅酸盐材料
第3 页
1
陶瓷
玻璃
水泥
硅酸盐材料
第4 页
1
产品
原料
主要成分
应用
陶瓷 玻璃
__黏__土___(含水的
铝硅酸盐)
纯碱、石灰石和 石英砂（主要成 分是SiO2）
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 +H2O
与某些盐的反应
SiO2 + Na2CO3
高温
==
Na2SiO3
+
CO2↑
②不与水反应
③与HF的反应（ SiO2的特性） SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O
新型无机非金属材料
第 23 页
2
一、硅和二氧化硅
二、新型陶瓷
三、碳纳米材料
物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。
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（ SiO2）存在形式
水晶
结晶形（石英晶体）
二 氧
玛瑙
化
硅
的
存
在 无定形——硅藻土
内容解第读18 页
二氧化硅的用途
第 19 页
SiO2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，从古到今都被人类广泛地应用着。
提纯
高温
⑵Si+3HCl == SiHCl3+H2
高温
⑶SiHCl3+H2 == Si+3HCl （高纯硅）
内容解第读13 页
硅的制备
知识点补充
内容解读 第 14 页
高温
SiO2+2C == Si+2CO ↑
(粗硅)
工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性 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，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。
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2↑
为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、 第6 页
化学性质稳定、耐腐蚀等特点？
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。每个Si 结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体 还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2 个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多 具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点
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,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
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
【解析】选C。A项中,光导纤维是新型无机非金属材料;B项中,强度比较差是错误的;D 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。
晶体硅的用途
第 15 页
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
集成电路
晶体管
电脑中央处理器 硅太阳能电池 （CPU）
晶体硅的用途
价值5000元的芯片 点沙 成金 价值5元的沙子
从沙滩到用户
SiO2
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Si
二氧化硅 二氧化硅（ SiO2）的晶体结构
第 17 页