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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料优秀课件ppt
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料优秀课件ppt，共29页。PPT课件主要包含了新课讲授，无机非金属材料，阅读P19页内容，新型无机非金属材料，硅和二氧化硅，新型陶瓷，碳纳米材料，半导体材料，硅的原子结构，思考交流等内容，欢迎下载使用。
耐高温、抗腐蚀、硬度高
特殊的光学、电学等性能
无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为___________________和__________________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
传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
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
黏土和石灰石以及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
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？
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
（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
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？
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。
碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
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。
集成电路
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
电脑中央处理器（CPU）
硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定
二氧化硅（ SiO2）的晶体结构
难溶于水，熔点高，硬度大。
化学性质很稳定，不活泼。
二氧化硅（ SiO2）存在形式
结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土
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。
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！
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。
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。 SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
①酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2 + CaO == CaSiO3
与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 +H2O
③与HF的反应（ SiO2的特性）
SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O
与某些盐的反应 SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2↑
不再限于传统的硅酸盐体系
在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
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
具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料
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
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、电池和传感器等。
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
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
3、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:光导纤维、玻璃、水泥、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,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。
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________。 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。
耐高温、抗腐蚀、硬度高
特殊的光学、电学等性能
无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为___________________和__________________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
传统的无机非金属材料--硅酸盐材料
生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）
Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
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
黏土和石灰石以及其他辅料
大量用于建筑和水利工程
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？
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
（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
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？
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。
碳—统治有机界：碳是构成有机物的主要元素。
硅—统治无机矿物界：硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。
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。
集成电路
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
电脑中央处理器（CPU）
硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定
二氧化硅（ SiO2）的晶体结构
难溶于水，熔点高，硬度大。
化学性质很稳定，不活泼。
二氧化硅（ SiO2）存在形式
结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土
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。
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！
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。
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。 SiO2 ＋ 2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
①酸性氧化物 与碱性氧化物反应生成盐 SiO2 + CaO == CaSiO3
与强碱反应生成盐和水 SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 +H2O
③与HF的反应（ SiO2的特性）
SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O
与某些盐的反应 SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3 + CO2↑
不再限于传统的硅酸盐体系
在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能
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
具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料
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
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、电池和传感器等。
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
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
3、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:光导纤维、玻璃、水泥、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,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。
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________。 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。
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