《無機非金屬材料》化工生產中的重要非金屬元素PPT課件
第一部分內容：核心素養發展目標
1.了解硅酸鹽及其結構特點，了解傳統硅酸鹽產品(陶瓷、玻璃、水泥)的工業生產(原料、設備等)。
2.了解硅和二氧化硅的性質，認識碳化硅、氮化硅、納米材料等新型無機非金屬材料。
3.知道硅及其化合物在材料家族中的應用，增強關注社會的意識和責任感。
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無機非金屬材料PPT，第二部分內容：01傳統無機非金屬材料——硅酸鹽材料
知識梳理
1.硅酸鹽及其結構
(1)硅酸鹽的概念
硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。它們種類繁多、組成各異、結構復雜，在自然界中廣泛存在。
(2)硅酸鹽的結構
在硅酸鹽中，Si和O構成了硅氧四面體，其結構如圖所示。每個Si結合___個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的___相互連接，每個___為兩個四面體所共有，與___個Si相結合。
(3)硅酸鹽的特性
硅氧四面體結構的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點高、難溶于水、化學性質穩定、耐腐蝕等特點。
2.常見的硅酸鹽材料
判斷正誤
(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的混合物( )
(2)硅酸鹽結構較為復雜，大多不溶于水，化學性質很穩定( )
(3)硅氧四面體中，硅原子與氧原子都是以共價鍵結合( )
(4)水泥與玻璃的共同原料是石灰石，水泥與陶瓷的共同原料是黏土( )
(5)陶瓷、玻璃、水泥的生產都需要在高溫下進行( )
(6)玻璃和水泥生產中都發生復雜的物理和化學變化( )
理解應用
1.傳統的玻璃、陶瓷都是硅酸鹽產品，根據你的觀察和使用經驗，將它們的主要物理性質和化學性質填入下表。
2.硅酸鈉(俗名泡花堿)是一種最簡單的硅酸鹽。
(1)硅酸鈉易溶于水，其水溶液俗稱__________，具有__________ 強、耐_________等特性，常用作黏合劑和防火劑。
(2)硅酸鈉溶液與鹽酸反應生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其離子方程式是____________________ 。
(3)少量的二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，反應的離子方程式是____________________。
相關鏈接
硅酸鹽的豐富性和多樣性
由于鋁與硅在元素周期表中位置相鄰、粒子大小相近，＋3價的鋁?；蚨嗷蛏俚刂脫Q硅酸鹽中＋4價的硅而形成鋁硅酸鹽。為了保持電中性，會伴隨引入其他正離子，從而大大增加了硅酸鹽品種的多樣性和結構的復雜性，同時也為應用硅酸鹽材料提供了更廣闊的選擇。硅酸鹽巖石長期在水和大氣中二氧化碳的侵蝕下，風化為黏土，并且形成土壤膠體。土壤膠體粒子表面積巨大且帶負電，能與NH 、K＋等數十種生物所需的營養離子相互作用，使土壤具有保肥能力。這是大自然對人類及地球生物的饋贈，我們應該愛護大地母親。保持土壤的良好結構和化學成分，就是保證農業、牧業和林業持續發展的基礎。
跟蹤強化
1.下列關于硅酸鹽材料的說法錯誤的是
A.生活中常見的硅酸鹽材料有玻璃、水泥、陶瓷
B.普通玻璃的主要成分是二氧化硅
C.陶瓷的主要原料是黏土
D.硅酸鹽水泥以石灰石和黏土為主要原料
2.下列關于水玻璃的性質和用途的敘述中不正確的是
A.這是一種礦物膠，既不燃燒也不受腐蝕
B.在建筑工業上可以作黏合劑、耐酸水泥摻料
C.木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒
D.水玻璃的化學性質穩定，在空氣中不易變質
3.某博物館陳列著大量明清磚瓦和精美瓷器(婺州窯)，婺州窯瓷器胎體的原料為高嶺土[AlnSi2O5(OH)4]。下列說法不正確的是
A.古代的陶瓷、磚瓦都是硅酸鹽產品
B.高嶺土為含水的鋁硅酸鹽
C.n＝3
D.我國在新石器時代已能燒制陶器
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無機非金屬材料PPT，第三部分內容：02新型無機非金屬材料
知識梳理
1.硅和二氧化硅
(1)硅的存在與性質
①硅在自然界主要以________和 ________的形式存在；
②單質硅是應用最為廣泛的半導體材料；
③高溫下，硅能與氧氣反應生成________，與氯氣反應生成________ 。
(2)二氧化硅的性質
①二氧化硅硬度大、熔點高，不溶于水；
②酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===________________；
③具有氧化性：SiO2＋2C________________；
④特性：SiO2＋4HF===________________ 。
2.新型陶瓷
(1)新型陶瓷與傳統陶瓷相比，在________上有很大的變化，在________________________ 等方面具有很多新的特性和功能。
(2)常見新型陶瓷及其用途(連線)
(3)高溫結構陶瓷——碳化硅(SiC)
碳化硅俗稱________，它是由碳原子和硅原子通過________連接而形成，與________的結構類似，具有硬度大和優異的________性能。
3.碳納米材料
(1)富勒烯是由________構成的一系列籠形分子的總稱，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是________ 。
(2)碳納米管是由________卷成的管狀物，具有________尺度的直徑。比表面積大，具有高強度和優良的電學性能。
(3)石墨烯是只有一個________直徑厚度的單層石墨，其獨特的結構使其電阻率低、熱導率高，具有很高的強度。
判斷正誤
(1)硅晶片是生產芯片的基礎材料( )
(2)生產光導纖維的原料是二氧化硅( )
(3)二氧化硅是酸性氧化物，只能與堿反應，不能與酸反應( )
(4)磨口玻璃塞試劑瓶不能盛放燒堿溶液，但能盛放氫氟酸( )
(5)金剛砂和金剛石結構類似，互為同素異形體( )
(6)富勒烯和石墨烯完全燃燒的產物都是二氧化碳( )
深度思考
1.工業制備高純硅的原理如圖所示：
(1)寫出工業制備高純硅反應的化學方程式：
①________________________；
②________________________；
③________________________ 。
(2)上述反應共同的反應類型是________________________，反應①中焦炭的作用是______________，反應③中氫氣的作用是_______________ 。
(3)在半導體工業中有這樣一句行話：“從沙灘到用戶”，你是如何理解的？
提示 沙子的主要成分是SiO2，作為半導體材料的硅單質是用焦炭還原SiO2制得的。
2.回答下列問題。
(1)碳和硅的原子結構有何異同？從二者在元素周期表中的位置能獲得什么信息？
提示 原子的最外層電子數相同，電子層數不同。不在同一周期，位于同一族。從二者在周期表中的位置可知碳的非金屬性強于硅。
(2)碳和硅單質的存在形式有何相似之處？其性質有何不同？
提示 單質都有晶體和無定形兩種。硅晶體是良好的半導體材料，而石墨是良導體，金剛石、C60不導電。
(3)碳和硅的氧化物有何異同？
提示 硅的氧化物只有SiO2，而碳的氧化物有CO和CO2兩種。SiO2、CO2均屬于酸性氧化物，CO屬于不成鹽氧化物。SiO2為固態，存在于地表及地殼中；CO2、CO為氣態，存在于大氣中；SiO2的性質比CO2更穩定等。
3.氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質穩定，工業上普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃時反應獲得。
(1)根據性質，推測氮化硅陶瓷的用途是________(填字母)。
A.制汽輪機葉片 B.制有色金屬
C.制永久性模具 D.制造柴油機
(2)寫出氮原子結構示意圖________，根據元素周期律知識，請寫出氮化硅的化學式______。
(3)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應，試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學方程式：______________________________。
(4)現用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反應，可得較高純度的氮化硅，反應的化學方程式為____________________________________。
相關鏈接
近幾年，具有特殊功能的特殊的含硅材料得到迅速發展。例如硅與碳的化合物碳化硅(SiC，俗稱金剛砂)，具有金剛石結構，硬度很大，可用作砂紙、砂輪的磨料；含4%硅的硅鋼具有很高的導磁性，主要用作變壓器鐵芯；人工合成的硅橡膠是目前最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠，在－60～250 ℃仍能保持良好的彈性，用于制造火箭、導彈、飛機的零件和絕緣材料等；人工制造的分子篩(一種具有均勻微孔結構的鋁硅酸鹽)，主要用作吸附劑和催化劑；等等。
跟蹤強化
1.下列物品或設備的成分中含有二氧化硅的是
①門窗玻璃?、谒хR片?、凼㈢姳怼、墁旇罪棥、莨杼柲茈姵?/p>
⑥光導纖維?、哂嬎銠C芯片
A.①②③④⑥ B.全部
C.⑤⑦ D.①②⑥⑦
2.(2018·三門峽高一期末)高純度晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料。它的發現和使用曾引起計算機的一場“革命”。它可以按下列方法制備：
下列說法不正確的是
A.步驟①的化學方程式：SiO2＋C=== Si＋CO2↑
B.步驟①中每生成1 mol Si，轉移4 mol電子
C.步驟③中的反應為氧化還原反應
D.高純硅是制造太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導纖維的基本原料
3.下列物質與其對應的用途搭配不正確的是
A.高能燃料——火箭動力
B.石英砂——制造光導纖維
C.半導體硅晶片——制造計算機芯片
D.高強度耐火陶瓷——制造輪船
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