二氧化硅新型無機非金屬材料 課件 高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

第五章第3節(jié)

第2課時高中化學(xué)人教版必修第二冊無機非金屬材料你知道水晶、瑪瑙、沙子的主要成分是什么嗎？課前引入1.存在與用途SiO2是沙子、水晶、石英、瑪瑙的主要成分，可用于制光導(dǎo)纖維SiO2是不溶于水的固體，熔、沸點高，硬度大立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，Si原子和O原子比例1:2通常用SiO2來表示二氧化硅的組成一、二氧化硅1、結(jié)構(gòu)OSi2、物理性質(zhì)注意：SiO2是二氧化硅的化學(xué)式(表示組成)而不是分子式，沒有SiO2分子，它是原子晶體二氧化碳

二氧化硅

水堿堿性氧化物CO2+H2O=H2CO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+CaO=CaCO3不反應(yīng)SiO2+

2NaOH=Na2SiO3+H2OSiO2+CaO=CaSiO3高溫因為玻璃中含有SiO2，會與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，使瓶塞與瓶口粘在一起而打不開。為什么實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？思考P25T5酸性氧化物3、化學(xué)性質(zhì)一、二氧化硅【思考與交流】P25T3與HF反應(yīng)：_______________________________________________SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O3、化學(xué)性質(zhì)一、二氧化硅思考1：實驗室能否用玻璃瓶盛裝氫氟酸（HF）？注意：實驗室用塑料瓶來盛裝HF用途：氫氟酸可以刻蝕玻璃②

二氧化硅的特性

思考2：某同學(xué)根據(jù)SiO2既可與堿反應(yīng),也能與氫氟酸反應(yīng)推斷SiO2為兩性氧化物。是否正確?only氫氟酸能腐蝕玻璃在玻璃表面涂上一層石蠟在石蠟上雕刻出花紋，向挖空部分加少量氫氟酸洗掉酸并去掉石蠟①②③【玻璃雕刻步驟】【合作探究】普通玻璃是以純堿、石灰石和石英砂為原料，經(jīng)混合物、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。試寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑高溫SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸Si

SiO2H2SiO3

Na2SiO3③

高溫條件與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑3、化學(xué)性質(zhì)一、二氧化硅工業(yè)制玻璃Na2SiO3水溶液俗稱：水玻璃用途：制備硅膠、木材防火劑、肥皂填充劑、黏膠劑硅酸H2SiO3：難溶于水，比碳酸還要弱的酸，不能使指示劑變色組織建設(shè)如何通過實驗來證明硅酸的酸性比碳酸弱？CaCO3鹽酸飽和Na2SiO3溶液CO2(HCl)排除干擾酸性：H2CO3>H2SiO3

自主探究拓展飽和NaHCO3溶液組織建設(shè)自主探究如何通過實驗來證明硅酸的酸性比碳酸弱？飽和Na2SiO3溶液CaCO3鹽酸CO2(HCl)CO2Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+2NaCl價值5元的沙子SiO2Si價值5000元的芯片點沙成金從沙灘到用戶③

高溫條件與碳酸鹽反應(yīng)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑3、化學(xué)性質(zhì)一、二氧化硅④與C單質(zhì)反應(yīng)SiO2+2C====Si+2CO↑高溫工業(yè)制玻璃提示：氧化性、還原性的強弱，必須是在通常的情況下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強弱。由于該反應(yīng)有CO脫離體系，促進反應(yīng)進行。思考3：能否說明碳的還原性大于硅？高純硅的制備工業(yè)上制備高純硅，一般需要先制得純度為98%左右的粗硅，再以其為原料制備高純硅。例如，可以將粗硅轉(zhuǎn)化為三氯硅烷(SiHCl3)，再經(jīng)氫氣還原得到高純硅。①

SiO2+2CSi+2CO↑18000C~20000C②

Si+3HClSiHCl3+H23000C③

SiHCl3+H2Si+3HCl11000C新型無機非金屬材料模塊二材料按照化學(xué)組成和特性分類無機非金屬材料金屬材料高分子材料：傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料塑料、合成橡膠、合成纖維陶瓷，玻璃，水泥硅（半導(dǎo)體材料）、SiO2（光纖），新型陶瓷，碳納米材料硅酸鹽

一、傳統(tǒng)無機非金屬材料傳統(tǒng)非金屬材料多為硅酸鹽材料，在日常生活中隨處可見。如制作餐具的陶瓷、窗戶上的玻璃、建筑用的水泥等。陶瓷玻璃水泥由Si

、O金屬(鋁,鐵,鈣,鎂,鉀,鈉等)等元素組成的化合物的總稱硅酸鹽的結(jié)構(gòu)硅氧四面體結(jié)構(gòu)為什么硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點？【思考1】在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性,決定其特性。一、傳統(tǒng)無機非金屬材料—硅酸鹽材料1、陶瓷陶瓷原料：歷史：應(yīng)用：黏土(主要成分為含水的鋁硅酸鹽)青花瓷、唐三彩生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等生產(chǎn)過程：原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化反應(yīng)原理：

Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑玻璃原料：工業(yè)設(shè)備：應(yīng)用：純堿、石灰石和石英砂玻璃窯主要成分：生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器、各種器皿，制造玻璃纖維用于高強度復(fù)合材料等Na2SiO3、CaSiO3、SiO22、玻璃生產(chǎn)過程：原料經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，

發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而制得水泥原料：工業(yè)設(shè)備：黏土和石灰石水泥回轉(zhuǎn)窯混凝土：水泥、沙子和碎石等與水混合石膏的作用：條件：高溫煅燒調(diào)節(jié)水泥硬化速率3、水泥石灰石黏土按比例混合磨細回轉(zhuǎn)窯生料水泥煅燒熟料加石膏磨粉2一、硅和二氧化硅二、新型陶瓷三、碳納米材料新型無機非金屬材料具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能一、新型陶瓷新型陶瓷組成不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系特性和功能在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能實例SiC俗稱金剛砂具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，硬度很大，可用作砂紙和砂輪的磨料具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，使用溫度可達1600℃，可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料二、新型無機非金屬材料①

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：一般用碳化硅、氮化硅或某些金屬氧化物等在高溫下燒結(jié)而成，具有耐高溫、抗氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能。與金屬材料相比，更能適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境，可用于火箭發(fā)動機、汽車發(fā)動機和高溫電極材料等。②

壓電陶瓷：主要有鈦酸鹽和鋯酸鹽等，能實現(xiàn)機械能與電能的相互轉(zhuǎn)化，可用于濾波器、揚聲器、超聲波探傷器和點火器等。③

透明陶瓷：主要有氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷和氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好，可用于高壓鈉燈、激光器和高溫探測窗等。④

超導(dǎo)陶瓷：在某一臨界溫度下電阻為零，具有超導(dǎo)性，用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。一、新型陶瓷新型無機非金屬材料二、碳納米材料

碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。二、碳納米材料主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。富勒烯是由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱，代表物C60C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對象，開啟了碳納米材料研究和應(yīng)用的新時代。新型無機非金屬材料碳納米管可看成由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑。比表面積大，有相當(dāng)高的強度和優(yōu)良的電學(xué)性能，可用于生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等。