人教版高中化学必修第2册 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.pptVIP

第三节无机非金属材料第五章

内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升

素养目标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,发展科学态度与社会责任的学科核心素养。2.掌握晶体硅的制备原理,发展变化观念的学科核心素养。

课前篇素养初探

【自主梳理】一、硅酸盐材料1.无机非金属材料(1)组成元素: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、信息和新能源等领域。

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、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。

(2)三种常见硅酸盐产品硅酸盐产品原料主要设备或生产条件应用陶瓷黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)高温烧结用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等玻璃(主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)在玻璃窑中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制得用于生产建筑材料、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水泥黏土、石灰石、石膏(调节水泥的硬化速率)在水泥回转窑中煅烧水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程

【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。

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。

(3)晶体硅的制备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:(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:生产光导纤维等。

2.新型陶瓷(1)碳化硅(SiC,俗称金刚砂)硬度很大、耐高温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。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

(2)几种新型陶瓷名称原料或成分优良性能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

名称原料或成分优良性能用途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,具有超导性可用于电力、交通、医疗等领域

3.碳纳米材料碳纳米材料名称组成性能应用或用途富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称,其中C60是富勒烯的代表物—C60的发现为纳米科学提供了重要的研究对象,开启了碳纳米材料的研究和应用的新时代,如用C60作车轮的“纳米汽车”

碳纳米材料名称组成性能应用或用途碳纳米管可看成由石墨片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径碳纳米管的比表面积大,有相当高的强度和优良的电学性能可用于生产复合材料、电池和传感器等石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低、热导率高,具有很高的强度可用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面,如使用石墨烯材料制成的动力电池和超轻海绵等

【自我检测】1.正误判断(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)富勒烯、碳纳米管和石墨烯都是碳单质。()(5)硅是制备光导纤维和光电池的材料。()(6)普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石。()×√×√×√

2.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。在无机非金属材料中,硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是()A.水晶镜片 B.玛瑙手镯C.硅太阳能电池 D.石英光导纤维答案C解析水晶、玛瑙、石英的主要成分都是SiO2,硅太阳能电池中使用硅单质。

3.(2021湖南常德高一期末)我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世,填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关