高中化学无机非金属材料课文内容ppt课件

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1 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2025目录硅酸盐材料新型无机非金属材料01硅酸盐材料硅酸盐材料一1. 材料分类无机非金属材料金属材料：包含纯金属和合金有机高分子材料复合材料从组成上看，许多无机非金属材料（如水泥、玻璃、陶瓷）含有硅、氧等元素，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。传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料。2. 硅酸盐硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中由金属、硅、氧等元素形成的盐在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体。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。多数熔点高，难溶于水(除Na、K盐外)，化学性质稳定表示方法：①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O•SiO2、CaO•SiO2①书写形式一般为：X金属氧化物 • YSiO2 • ZH2O②元素化合价不变、原子比例不变③计量数以整数书写④多种金属同时存在，活泼金属写在前面 正长石（KAlSi3O8）、高岭土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物形式表示？ Al2O3·2SiO2·2H2O K2O·Al2O3·6SiO23. 硅酸钠(Na2SiO3)物理性质：化学性质：白色固体，可溶于水，水溶液俗称__________，是一种_________，有很强的黏合性。与酸反应：（制硅酸）①制硅酸②黏合剂(矿物胶)③耐火阻燃材料④防腐剂用途：水玻璃矿物胶4. 硅酸H2SiO3实验步骤：在试管中加入2ml饱和Na2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液颜色变浅并接近消失时停止。实验现象：滴入酚酞溶液呈红色，滴加稀盐酸红色接近消失时，有透明胶状物质生成Na2SiO3溶液显碱性，生成的硅酸不溶于水实验结论：酸性强弱：盐酸 > 硅酸4. 硅酸H2SiO3(1)弱酸性：酸性比碳酸______，________使指示剂变色弱不能物理性质：白色粉末状固体，不溶于水。化学性质：(2)不稳定性：硅酸受热易分解透明小球是硅酸逐渐聚合而形成的胶体-硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。5. 传统无机非金属材料原料：主要成分：应用：黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)成分复杂生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等反应条件：高温烧结——陶瓷、玻璃、水泥【例1】歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然於碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　 )A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B．性质稳定，不易脱色C．易溶解于强酸和强碱 D．x等于6C【例2】(2019河南)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是（ ）A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱腐蚀、抗氧化等优点A5. 传统无机非金属材料纯碱、石灰石和石英玻璃窑——陶瓷、玻璃、水泥硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维等主要反应生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。原料：工业设备：黏土和石灰石水泥回转窑应用：水泥、沙子和碎石等与水混合得到混凝土，大量用于建筑和水利工程石膏的作用：条件：煅烧调节水泥硬化速率5. 传统无机非金属材料02新型无机非金属材料世界著名高科技产业区--硅谷硅谷，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷的别称。硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。1. 硅地壳中大多数矿物水晶、玛瑙 等 ——有亲氧性，以化合态存在硅元素在元素周期表中的位置硅元素位于元素周期表中：第三周期 ⅣA族，处于金属与非金属的过渡位置（2）物理性质 晶体硅是__________________________的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点_____、硬度__，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的__________。灰黑色、有金属光泽、硬而脆很高大半导体材料（3）化学性质Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑Si＋4HF＝SiF4 ↑ ＋2H2↑常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。Si+2F2＝SiF4与氟气反应与氢氟酸反应与强碱溶液反应但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应与氧气反应与氯气反应（4）硅的制备三氯硅烷（5）硅的用途 光伏电站 硅太阳能电池计算机芯片 硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料，应用于电子工业，如计算机、通讯设备和家用电器等的芯片，光伏电站、硅太阳能电池等。2. 二氧化硅（1）在自然界中的存在天然二氧化硅分为________和___________两种，统称硅石。 结晶形无定形熔沸点高、硬度大、不溶于水、不导电（2）物理性质SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而不是分子式，没有SiO2分子= 1:2结构不同立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O若使用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液，碱液能与玻璃中SiO2发生反应生成Na2SiO3，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开。②加热熔融NaOH不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚，为什么？ 陶瓷和石英中的SiO2能与NaOH反应，铝坩埚也能与NaOH反应，而铁不与NaOH反应。（3）化学性质①酸性氧化物与强碱溶液反应：——物质分类角度俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂②弱氧化性与碳酸盐反应与碱性氧化物反应：用途：制粗硅（3）化学性质①酸性氧化物——物质分类角度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。SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 不是，因为二氧化硅和其他酸不反应，只能与氢氟酸反应，且生成物不是盐和水，所以不属于两性氧化物。保存在塑料瓶中③特性HF是唯一能与SiO2反应的酸（3）化学性质（4）SiO2的用途1970年 第一根满足信号传输的光导纤维问世光导纤维，简称光纤，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是“光的全反射”。。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。职业病——硅肺病(旧称矽肺)在隧道开凿，石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘，人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病(旧称矽肺)高纯度的含硅元素的材料含有碳、氮等其他元素的材料3. 新型陶瓷新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在___________________等方面具有很多新的特性和功能。光学、热学、电学、磁学（1）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。 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，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。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，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。3. 新型陶瓷（2）压电陶瓷主要有氧化铝、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。3. 新型陶瓷（3）透明陶瓷某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域。3. 新型陶瓷（4）超导陶瓷4. 碳纳米材料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，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。（1）富勒烯由 构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是C60，具有特殊的光学性质、电导性及化学性质，医疗，工业，科研等方面都得到了广泛的应用。碳原子4. 碳纳米材料（2）碳纳米管碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，具有高强度和电学性能，用于生产复合材料，电池、传感器直达宇宙的太空天梯4. 碳纳米材料（3）石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低，热导率高，具有很高的强度。作为一种强度高用于光电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。新材料之王材料——人类赖以生存和发展的物质基础传统（硅酸盐体系）新型陶瓷、玻璃、水泥高纯度的含硅元素的材料含有碳、氮等其他元素的材料硅（半导体材料）SiO2(光纤)新型陶瓷高温结构（SiC、Si3N4等）碳纳米材料(富勒烯、碳纳米管、石墨烯等)