【课件】硅和二氧化硅++课件高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

课前检查1.三大传统的硅酸盐产品是？2.玻璃、陶瓷、水泥的原料分别是什么？3.刚玉的主要成分是什么？4.制备玻璃的过程中涉及到的两个化学反应方程式5.硅酸钠俗称什么？它的水溶液又叫什么？半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”。你知道其含义吗？光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息高速公路在全球迅猛发展。光导纤维的主要成分是什么？碱性环境下，光导纤维为什么会失去传播信号的能力？随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。碳化硅金刚石切割片硅芯片输送药物的纳米材料二氧化硅光导纤维思维课堂第五章化工生产中的重要非金属元素第三节　无机非金属材料第2课时新型无机非金属材料教学目标1.记住硅和二氧化硅的主要性质和用途。2.知道新型无机非金属材料有哪些以及它们的奇特性能和它们在高科技领域所发挥的作用。一、硅存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第___位_________________________________二氧化物和硅酸盐第三周期、第ⅣA族硅处于金属与非金属过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。1.存在和结构晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。高纯硅的制备【资料卡片】工业上制备高纯硅，一般要先制得纯度为98%左右的粗硅，在一起为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯氢硅（SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。SiO2+2CSi+2CO↑1800-2000℃Si+3HClSiHCl3+H2300℃1100℃SiHCl3+H2Si+3HCl粗硅的制备粗硅变纯硅01Si+2F2=SiF4Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑在常温下化学性质不活泼，只能与氟气、氢氟酸、强碱反应，加热可与一些非金属反应3.化学性质∆Si+O2=SiO2Si+C=SiC(金刚砂)高温Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2Cl2=SiCl4∆2.物理性质硬而脆的灰黑色固体,熔点高（1410℃）,硬度大。思维课堂①利用其半导体性能制成计算机、通信设备和家用电器的芯片。②光伏电站、人造卫星和电动汽车的硅太阳能电池等。4.用途硅晶片用于生产芯片01沙子石英砂玛瑙水晶SiO2二、二氧化硅SiO2有结晶态（如玛瑙、沙子、石英等）和无定形态（如硅藻土）两种，统称为硅石。硬度大、熔沸点高、常温下为固体、难溶于水、不导电。1.物理性质2.化学性质①具有酸性氧化物的通性不溶于水，不与水反应（特殊）与碱性氧化物反应与某些盐反应与强碱反应SiO2＋CaOCaSiO3高温SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O硅酸钠（黏合性）【注意】二氧化硅是硅酸的酸酐，但是二氧化硅不能与水反应生成硅酸【思考】加热熔融NaOH和不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和铝坩埚，只能使用铁坩埚，为什么？陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，铝坩埚的主要成分是氧化铝，也能与NaOH反应。实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，为什么？答：玻璃中的SiO2会与碱发生反应生成Na2SiO3，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开。01利用此反应雕刻玻璃②弱氧化性SiO2+2CSi+2CO↑高温③特性SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2OHF是唯一能与SiO2反应的酸【注意】HF酸该如何保存？保存在塑料瓶中【思考】①沙子是基本的建筑材料；②纯净的SiO2是光学和光纤制品的基本原料；③水晶、石英和玛瑙可制作饰品和工艺品；④水晶用来制造电子工业中的重要部件。3.用途光导纤维石英坩埚玻璃仪器（通信）01观看视频，了解光纤通信的原理光纤通信的原理：光在二氧化硅形成的光密介质中全反射传递信息。故光导纤维的通信具有容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。光导纤维能导电吗？【思考】011.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（）　　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.赏心悦目的花瓶图案是用下列物质的一种对玻璃进行刻蚀而形成的,这种物质是（）　　　　　A.盐酸B.氢氟酸C.烧碱D.纯碱BB3.下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）　　　　　　　　　　　A.CO2→H2CO3B.SiO2→Na2SiO3C.Na2O→Na2CO3D.SiO2→H2SiO3D4．下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是()A．SiO2+2C=Si+2CO↑B．SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OC．SiO2+4HF=SiF4↑+2H2OD．SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑5．下列物质中，不能用玻璃瓶来盛装的是()A.烧碱溶液B.浓硫酸C.氢氟酸D.碳酸钠溶液BCSiO2酸性氧化物水不反应碱性氧化物碱某些盐氧化性碳活泼金属特性应用光导纤维课堂小结Part02新型陶瓷PART02★新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系★是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。★在光学、热学、电学、磁学等方面有很多新的特性和功能。新型陶瓷新型陶瓷01碳化硅（俗称金刚砂）一种新型高温结构陶瓷结构碳原子和硅原子通过共价键连接，类似于金刚石的空间网状结构性质硬度大，熔点高，抗氧化应用砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料新型陶瓷01一般用碳化硅、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。资料卡片新型陶瓷高温结构陶瓷01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。资料卡片新型陶瓷压电陶瓷4MHz压电陶瓷聚焦超声波片高频压电陶瓷谐振器01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。资料卡片新型陶瓷透明陶瓷氧化铝陶瓷二氧化锆01在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域资料卡片新型陶瓷超导陶瓷01Part03碳纳米材料PART02纳米材料01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。纳米材料01富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称纳米王子定义代表C60C60的发现为纳米科学提供了重要研究对象，开启了纳米材料研究和应用的新时代纳米材料01富勒烯C60是在1984年美国埃克森实验室首次发现，1985年由克罗托、柯尔、斯莫利三位科学家联合成功制备出的C60。富勒烯的发现英国科学家克罗托美国科学家柯尔美国天文学家斯莫利C60发现纳米材料01因其外观与足球相似，故又称之为足球烯。C60发现纳米材料01世界上最小的汽车“纳米汽车”不过3至4纳米见方，不到头发丝直径的2万分之一，却拥有完美的底盘、轮轴和车轮。它的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是4个由C60做成的轮子。“纳米汽车”可用来运输单个的有机分子，生产复杂的材料或药物。大量的“纳米汽车”还可以组成“纳米生产线”，大大提高加工效率。C60发现纳米材料01碳纳米管直达宇宙的太空天梯碳纳米管可以看成是由石墨片卷成的管状物，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、传感器纳米材料011978年科幻作家阿瑟▪克拉克在《天堂之泉》一书中具体描绘了”太空天梯”.将其描述为一根长长的缆绳,人们可以通过这根连接空间站和地面的缆绳往返太空和地面之间,并且将建筑材料运到宇宙之中建设太空城市。要实现这个梦想，就必须要找到制造“天梯”材料.从地球到月球跨越38万公里，普通钢丝强度低、密度大，仅仅9公里的高度，就很容易被自身的重量拉断。科学家计算出，迄今为止只有一种材料满足 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ，有望承担这一神圣的历史使命，它就是碳纳米管。碳纳米管发现纳米材料011991年日本物理学家饭岛澄男进行了一项重大实验，他以两根石墨棒作为电极，在两根石墨棒上施加电流，火花在它们之间形成拱形，随之而来的是一团含碳的气体喷出，蒸发阳极棒的尖端，当含碳空气沉淀在腔室壁上时，它形成了一层薄薄的黑色烟灰，在里面出现了一种新的物质—碳纳米管。同年，他在《自然》杂志上发文，宣布观察到碳纳米管，由此开拓出一维纳米材料的全新研究领域。电子显微镜下放大30万倍的碳纳米管碳纳米管发现纳米材料01石墨烯新材料之王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。纳米材料01坚硬透明绝缘润滑松软导电石墨这种片层状的碳原子结构，虽然每一层都十分坚固，但层与层之间的范德华力较小，一旦施加外力就容易分层断裂，既然如此，科学家们有了一个大胆的想法，能不能从石墨中分离出坚固的单层碳原子？石墨烯发现纳米材料012004年，英国曼彻斯顿大学的两位物理学家用胶带反复粘贴石墨的方法得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。2010年，这两位科学家因为发现了这份神奇的材料而被授予诺贝尔物理奖。安德烈•康姆康定斯坦•诺沃肖诺夫石墨烯发现纳米材料011.下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　　）A．SiO2能与水反应生成硅酸B．SiO2与CO2的结构相同C．SiO2用于太阳能电池D．SiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中D知识巩固新课导入2.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是①门窗玻璃　②水晶镜片　③石英钟表　④玛瑙首饰　⑤硅太阳能电池⑥光导纤维　⑦计算机芯片A.①②③④⑥B.全部C.⑤⑦D.①②⑥⑦A课堂练习新课导入3.材料与生活、生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料、高分子材料、复合材料等。（2）玻璃是重要的建筑和装饰材料，玻璃属于　　(填“纯净物”或“混合物”)。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式　　。（3）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高，化学性质稳定。工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅，该反应属于化学反应基本类型中的　　反应；已知氮化硅中硅元素的化合价为+4价，则氮化硅的化学式为　　。混合物SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O化合Si3N4课堂练习新课导入新型无机非金属材料硅和二氧化硅新型陶瓷高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷石墨烯、富勒烯、碳纳米管存在：化合态（亲氧元素）二氧化硅：类别：酸性氧化物化合价：弱氧化性用途：光导纤维特性：与HF反应硅：制备和用途纳米材料课堂小结新课导入SiNa2SiO3SiO2H2SiO3O2/△F2Na2O、NaOHH2O+CO2/HClNaOH物质类别化合价单质氧化物盐含氧酸0+4酸碱转化氧化还原转化Na2CO3C/高温SiF4HFHFNaOHSiCl4Cl2H2氯化物△硅元素的价类图SiHCl3HClH2+2总结