鲁科版化学必修一硅无机非金属材料省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第 1 节 硅 无机非金属材料讲课人：王雅宁讲课人：王雅宁淮北市第十二中学淮北市第十二中学（第一课时）普通高中课程标准试验教科书普通高中课程标准试验教科书 化学（必修化学（必修1 1）第第4 4章章第第1页页一、单质硅与半导体材料一、单质硅与半导体材料原料丰富原料丰富硅太阳能电池硅太阳能电池硅太阳能电池硅太阳能电池美国硅谷美国硅谷第第2页页硅硅在地壳中含量第二，在地壳中含量第二，硅氧化物及硅氧化物及硅酸盐约占地壳质量硅酸盐约占地壳质量90%以上以上硅存在与分布硅存在与分布v存在：没有游离态，只有化合态存在：没有游离态，只有化合态v分布：自然界中分布广泛，是组成矿物和岩石基本元素。分布：自然界中分布广泛，是组成矿物和岩石基本元素。第第3页页原料原料SiO2产品产品 Si？还原剂还原剂SiO2+2C Si+2CO高高 温温晶体硅晶体硅无定形硅无定形硅1.1.硅制取：硅制取：第第4页页2.2.硅物理性质：硅物理性质：晶体硅晶体硅良好半导体良好半导体颜色：颜色：状态：状态：硬度：硬度：熔沸点：熔沸点：导电性：导电性：灰黑色，有金属光泽灰黑色，有金属光泽固体固体硬而脆硬而脆很高很高(介于导体与绝缘体之间介于导体与绝缘体之间)第第5页页3.3.硅化学性质：硅化学性质：a.在常温下化学性质不活泼在常温下化学性质不活泼Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2（能与（能与（能与（能与F F F F2 2 2 2、HFHFHFHF、强碱反应）、强碱反应）、强碱反应）、强碱反应）Si+2F2=SiF4b.在加热时与一些非金属单质反应在加热时与一些非金属单质反应Si +O2 =SiO2Si +2Cl2=SiCl4第第6页页锦绣中中华第第7页页石英石英水晶紫水晶紫水晶黄水晶黄水晶茶水晶茶水晶蔷薇石英蔷薇石英第第8页页第第9页页玛瑙玛瑙第第10页页第第11页页第第12页页二、二氧化硅和光导纤维二、二氧化硅和光导纤维SiOSiO2是由是由硅原子硅原子和和氧原子氧原子按按1:21:2百分比组成百分比组成SiO2硬度大，熔沸点高硬度大，熔沸点高第第13页页自然界自然界中中SiO2水晶水晶石英砂石英砂玛瑙玛瑙石英石英第第14页页试验室中盛放碱液试剂瓶与盛放其它溶试验室中盛放碱液试剂瓶与盛放其它溶液试剂瓶有何不一样？为何液试剂瓶有何不一样？为何？联想联想质疑质疑第第15页页SiO2化学性质化学性质:a.a.含有含有酸性氧化物酸性氧化物通性通性.与碱反应：与碱反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与水反应与水反应.与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应：SiO2+CaO=CaSiO3高温高温硅酸钠硅酸钠硅酸钙硅酸钙迟缓迟缓第第16页页b.b.常温下与常温下与氢氟酸氢氟酸反应反应SiO2化学性质化学性质:SiO2+4HF=SiF4+2H2O四氟化硅四氟化硅漂亮玻璃雕花艺术漂亮玻璃雕花艺术第第17页页光光导导纤纤维维光缆光缆第第18页页高锟高锟（华裔物理学家），因，因“在纤维中传送光以达成光学通在纤维中传送光以达成光学通讯讯”开拓成就，取得诺贝尔物理学奖开拓成就，取得诺贝尔物理学奖化学名人堂化学名人堂第第19页页总结？总结？晶体晶体硅硅硅硅二氧化硅二氧化硅第第20页页粗硅提纯：粗硅提纯：将粗硅与将粗硅与Cl2在高温下反应，然后把产物蒸馏出在高温下反应，然后把产物蒸馏出后用氢气在高温下还原，可得到高纯硅。后用氢气在高温下还原，可得到高纯硅。（杂质不与（杂质不与Cl2反应反应）请依据所学知识和提醒，写出粗硅提纯相关方请依据所学知识和提醒，写出粗硅提纯相关方程式。程式。Si+2Cl2=SiCl4高温高温SiCl4+2H2 =Si+4HCl高温高温 迁移迁移应用应用第第21页页 试剂试剂二氧化硅二氧化硅氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液氢氟酸氢氟酸浓硫酸浓硫酸 试剂瓶试剂瓶细口瓶，玻璃塞细口瓶，玻璃塞广口瓶广口瓶细口塑料瓶细口塑料瓶细口瓶，橡皮塞细口瓶，橡皮塞 试验室有几个试剂，依据它们各自性质，试验室有几个试剂，依据它们各自性质，选择适当试剂瓶盛放。请在对应各种试剂瓶和选择适当试剂瓶盛放。请在对应各种试剂瓶和所装试剂之间进行连线。所装试剂之间进行连线。迁移迁移应用应用第第22页页 迁移迁移应用应用1制造光导纤维主要原料是制造光导纤维主要原料是 ()A晶体硅晶体硅 B二氧化硅二氧化硅 C.石墨石墨 D硅酸钠硅酸钠2以下叙述正确是以下叙述正确是 ()A自然界存在大量单质硅自然界存在大量单质硅BSiO2 与任何酸都不起反应与任何酸都不起反应 C光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输光导纤维被广泛应用于能量传输和信息传输DSiO2 化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应化学性质活泼，能与很多物质发生化学反应BC第第23页页第一一节 硅 无机非金属材料（第二课时）普通高中课程标准试验教科书普通高中课程标准试验教科书 化学（必修一）化学（必修一）第第24页页含硅矿物质含硅矿物质第第25页页传统硅酸盐产品传统硅酸盐产品玻璃玻璃陶瓷陶瓷水水泥泥第第26页页1.硅酸（硅酸（H2Si03）硅酸不溶于水，其酸性比碳酸酸性弱。硅酸不溶于水，其酸性比碳酸酸性弱。2.硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）Na2SiO3水溶液俗称水溶液俗称“水玻璃水玻璃”，惯用作粘合剂。，惯用作粘合剂。往硅酸钠溶液中通入往硅酸钠溶液中通入CO2制制得硅酸，反应方程为：得硅酸，反应方程为：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3一一.硅酸及硅酸盐硅酸及硅酸盐第第27页页3.硅酸盐硅酸盐（1）硅酸盐制品性质）硅酸盐制品性质 、熔点、熔点 ，大都，大都 于水。硅酸盐组成比较复杂，惯于水。硅酸盐组成比较复杂，惯用氧化物形式表示。表示方法用氧化物形式表示。表示方法:a.表示次序为：活泼金属氧化物表示次序为：活泼金属氧化物 较活泼金较活泼金属氧化物属氧化物 二氧化硅二氧化硅 水；水；b.氧化物之间用氧化物之间用“”隔开；隔开；c.氧化物系数若出现分数时应化为整数。氧化物系数若出现分数时应化为整数。如:钾长石钾长石(KAlSi3O8):K2O Al2O3 6SiO2硅酸钠（硅酸钠（Na2SiO3）Na2O.SiO2钠长石（钠长石（NaAlSi3O8)Na2O Al2O3 6SiO2稳定稳定较高较高 难溶难溶第第28页页二、无机非金属材料二、无机非金属材料材料材料无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维传统无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料新型无机非金属材料水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷 高温结构陶瓷、生物陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维压电陶瓷、光导纤维 FeFe、CuCu、AlAl、合金等、合金等 第第29页页硅酸盐工业之一硅酸盐工业之一 玻璃玻璃第第30页页第第31页页1.玻璃玻璃生产原料：生产原料：纯碱、石灰石纯碱、石灰石(CaCO3)和石英和石英(SiO2)生产设备生产设备:玻璃熔炉玻璃熔炉生产过程：生产过程：把材料粉碎并按照适当百分比混合把材料粉碎并按照适当百分比混合 后，放入玻璃熔炉中加热、熔化，冷却后得到后，放入玻璃熔炉中加热、熔化，冷却后得到 普通玻璃。主要化学反应有：普通玻璃。主要化学反应有：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温NaCO3+SiO2 =NaSiO3+CO2高温高温玻璃熔炉玻璃熔炉第第32页页主要成份：普通玻璃是：主要成份：普通玻璃是：CaSiO3、NaSiO3 和和SiO2熔合在一起熔合在一起混合物混合物。主要性质：主要性质：玻璃在常温下呈玻璃在常温下呈固态固态，没有固定熔点没有固定熔点，受热在，受热在一定温度范围内逐步软化，此时它能够被人工一定温度范围内逐步软化，此时它能够被人工吹制成形状不一样制品。吹制成形状不一样制品。无色、透光和透热性能都很好。无色、透光和透热性能都很好。普通玻璃抗强风、抗撞击能力比较差，轻易破普通玻璃抗强风、抗撞击能力比较差，轻易破碎而且有尖锐棱角。碎而且有尖锐棱角。第第33页页玻璃种类：玻璃种类：a.铅玻璃（用于制光学仪器）铅玻璃（用于制光学仪器）防辐射铅玻璃防辐射铅玻璃重铅玻璃重铅玻璃人造水晶人造水晶思索思索生活中见过或你知道那些种类玻璃？生活中见过或你知道那些种类玻璃？第第34页页b.有色玻璃有色玻璃 在生产过程中，在生产过程中，加加MnO2，紫色玻璃；紫色玻璃；加加Co2O3,蓝色玻璃；蓝色玻璃；加加Cu2O，红色玻璃，红色玻璃;第第35页页c.钢化玻璃（用于汽车车窗）钢化玻璃（用于汽车车窗）第第36页页万丈高楼平地起，穿针引线靠万丈高楼平地起，穿针引线靠水泥厂水泥厂硅酸盐工业之二硅酸盐工业之二 水泥水泥第第37页页 按照用途与性能分类按照用途与性能分类水泥水泥通用通用硅酸硅酸盐水泥水泥专用水泥用水泥特特种种水泥水泥水泥水泥硅酸硅酸盐系系列水泥列水泥铝酸酸盐系系列水泥列水泥硫硫铝酸酸盐系列水泥系列水泥氟氟铝酸酸盐系列水泥系列水泥铁铝酸酸盐系列水泥系列水泥按主要水硬性物质分类按主要水硬性物质分类1、水泥分类：、水泥分类：二、水泥-第第38页页2、硅酸盐水泥生产工艺、硅酸盐水泥生产工艺石灰质原料石灰质原料CaO黏土质原料黏土质原料SiO2、Al2O3、Fe2O3校正原料校正原料生料生料熟料熟料石膏石膏石灰石或粒化矿渣石灰石或粒化矿渣按百分按百分比比混合磨细混合磨细煅烧煅烧1450水泥水泥磨细磨细“两磨一烧两磨一烧”3、主要成份：、主要成份：硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3水泥回转窑水泥回转窑第第39页页 什么是混凝土及钢筋混凝土？什么是混凝土及钢筋混凝土？水泥、沙子和碎石混合物叫做水泥、沙子和碎石混合物叫做混凝土混凝土。混凝土惯用钢筋做结构，即混凝土惯用钢筋做结构，即钢筋混凝土钢筋混凝土。第第40页页请看这句英文：请看这句英文：To China for china To China for china,China with china,China with china,dinner with chinadinner with china.在英语中，在英语中，china是瓷器意思，将中国称是瓷器意思，将中国称为为“China”是说中国是瓷器之都。是说中国是瓷器之都。第第41页页硅酸盐工业之三硅酸盐工业之三 陶瓷陶瓷陶瓷起源陶瓷起源 远古时代远古时代,因为人们在长久生活中经常因为人们在长久生活中经常与泥土打交道与泥土打交道,逐步发觉泥土与适量水混逐步发觉泥土与适量水混合后就含有黏性和可塑性合后就含有黏性和可塑性,能够随意把它能够随意把它塑造成各种形状。在太阳下晒干后，泥土塑造成各种形状。在太阳下晒干后，泥土变硬，再经过火烧到一定温度，泥坯变得变硬，再经过火烧到一定温度，泥坯变得坚硬，就既不怕水又耐火了。人类创造第坚硬，就既不怕水又耐火了。人类创造第一个新物质一个新物质-陶瓷，从此就诞生了。人陶瓷，从此就诞生了。人类文明得到进步类文明得到进步.陶都：陶都：瓷都：瓷都：江苏宜兴江苏宜兴江西景德镇江西景德镇第第42页页第第43页页第第44页页第第45页页第第46页页第第47页页第第48页页第第49页页1、主要原料是黏土其化学式为：、主要原料是黏土其化学式为：Al2(Si2O5)(OH)4 用氧化物形式表示是用氧化物形式表示是 Al2O32SiO2 2H20三、陶瓷三、陶瓷第第50页页2、手工制造陶瓷普通过程为、手工制造陶瓷普通过程为 混合、成型、干燥混合、成型、干燥、烧结、烧结、冷却、冷却 第第51页页当前几个新型陶瓷材料主要有：当前几个新型陶瓷材料主要有：高温结构陶瓷高温结构陶瓷，如氮化硅，如氮化硅（Si3N4)陶瓷，碳化硅陶瓷，碳化硅（SiC)陶瓷等。陶瓷等。发动机中氮化硅陶瓷部件发动机中氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷（氮化硅陶瓷（SiSi3 3N N4 4 ）是灰白色固体，硬度是灰白色固体，硬度为为9 9，是最硬材料之，是最硬材料之一。它导热性好且膨一。它导热性好且膨胀系数小，可经受低胀系数小，可经受低温高温、骤冷骤热重温高温、骤冷骤热重复上千次改变而不破复上千次改变而不破坏，所以是十分理想坏，所以是十分理想高温结构材料。高温结构材料。第第52页页碳化硅制成涡轮叶片碳化硅制成涡轮叶片 碳化硅碳化硅SiC,俗称金刚砂。俗称金刚砂。熔点高熔点高(2450),硬度大硬度大(9.2),是主要工业磨料是主要工业磨料。如其中掺入一些杂质如其中掺入一些杂质,会会使之出现半导体使之出现半导体,作为高作为高温半导体温半导体,用于电热元件。用于电热元件。作为高温结构陶瓷作为高温结构陶瓷,日益日益受到人们重视。它最适受到人们重视。它最适宜应用领域是高温、耐宜应用领域是高温、耐磨和耐蚀环境磨和耐蚀环境,现已用作现已用作火箭喷嘴火箭喷嘴,热电偶保护管热电偶保护管,热交换器和耐磨、耐蚀热交换器和耐磨、耐蚀零件。零件。第第53页页 科技人员发觉，假如用耐高温陶瓷，如氮化硅陶瓷等代科技人员发觉，假如用耐高温陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度可达替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温度可达13001500。步兵战车步兵战车用绝热陶用绝热陶瓷发动机瓷发动机 可使其不可使其不易被红外易被红外探测器发探测器发觉并被红觉并被红外制导武外制导武器所摧毁，器所摧毁，提升了生提升了生存率存率第第54页页生物陶瓷生物陶瓷：氧化铝（氧化铝（Al2O3）陶瓷，氧化锆陶瓷，氧化锆 （ZrO2）)陶瓷陶瓷氧化铝陶瓷（人造刚氧化铝陶瓷（人造刚玉玉 Al2O3）熔点高，可作高级耐熔点高，可作高级耐火材料；硬度高，可火材料；硬度高，可作研磨材料。作研磨材料。经特殊烧结，可制成经特殊烧结，可制成微晶氧化铝，透光性微晶氧化铝，透光性很强，用作高压钠灯很强，用作高压钠灯灯管等高温透明部件。灯管等高温透明部件。第第55页页用于软用于软骨组织骨组织修复多修复多孔生物孔生物陶瓷陶瓷第第56页页压电陶瓷：压电陶瓷：以钛酸钡以钛酸钡（BaTiO3)和钛酸铅和钛酸铅（PbTiO4)等为主要成份。等为主要成份。压电陶瓷变压器压电陶瓷变压器第第57页页1、传统无机非金属材料有什么优点和弱点？新型、传统无机非金属材料有什么优点和弱点？新型无机非金属材料有哪些主要特点无机非金属材料有哪些主要特点?思索思索传统无机非金属材料含有抗腐蚀、耐高温等许多传统无机非金属材料含有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。优点，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。新型无机非金属材料主要特点：新型无机非金属材料主要特点：a、能承受高温，强度高、能承受高温，强度高b、含有电学特征、含有电学特征c、含有光学特征、含有光学特征d、含有生物功效。、含有生物功效。第第58页页能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点磨损、密度小等优点2、高温结构陶瓷有什么优点？、高温结构陶瓷有什么优点？3、生物陶瓷在医疗上有何用途？、生物陶瓷在医疗上有何用途？可直接植于人体内，如制成人造牙齿、人造骨骼、可直接植于人体内，如制成人造牙齿、人造骨骼、人造心脏瓣膜等人造心脏瓣膜等第第59页页小结小结玻璃玻璃水泥水泥陶瓷陶瓷原料原料纯碱、石灰石、纯碱、石灰石、石英石英粘土、粘土、石灰石石灰石粘土粘土反应反应原理原理CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 2NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2 NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2v高温下发生复杂物理、化学改变v烧结时发生复杂物理、化学改变v主要成份SiOSiO2 2 CaSiOCaSiO3 3 NaNa2 2SiOSiO3 3硅酸二钙硅酸二钙:2CaOSiO:2CaOSiO2 2硅酸三钙硅酸三钙:3CaOSiO:3CaOSiO2 2铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3硅酸盐硅酸盐v特征非晶体，透明、无固定熔点，非晶体，透明、无固定熔点，可在一定温度范围内软化可在一定温度范围内软化v水硬性：不论在水中还是在空气中均能硬化（是不可逆过程）抗氧化、抗酸抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高碱腐蚀、耐高温、绝缘温、绝缘高温高温高温高温第第60页页1、以下物质中，不属于新型无机非金属材料是：、以下物质中，不属于新型无机非金属材料是：A、普通玻璃、普通玻璃B、氧化铝陶瓷、氧化铝陶瓷C、光导纤维、光导纤维D、氮化硅陶瓷、氮化硅陶瓷2、制造光导纤维原料是：、制造光导纤维原料是：A、碳酸钙、碳酸钙 B、硅酸钠、硅酸钠C、普通纤维、普通纤维D、二氧化硅、二氧化硅AD3.以下物质不属于硅酸盐是以下物质不属于硅酸盐是A、粘土、粘土 B、硅藻土、硅藻土C、Al2Si2O5 D、MgSiO4B第第61页页5、古希腊流传这么一个传奇故事。一批贩运纯碱商、古希腊流传这么一个传奇故事。一批贩运纯碱商船停泊在江边沙岸旁，商人们找不到石头来打灶煮船停泊在江边沙岸旁，商人们找不到石头来打灶煮饭，就把船上大块纯碱搬来，放在沙地上垫锅做饭，饭，就把船上大块纯碱搬来，放在沙地上垫锅做饭，饭熟了后商人们惊奇发觉饭熟了后商人们惊奇发觉“灶灶”变成了晶莹透明固变成了晶莹透明固体。这固体是体。这固体是 ，主要成份是，主要成份是 玻璃玻璃Na2SiO3和和SiO24.石灰石是许多工业原料之一，但生产以下物质时不石灰石是许多工业原料之一，但生产以下物质时不需要石灰石是需要石灰石是A、生石灰、生石灰 B、水泥、水泥C、玻璃、玻璃 D、硅酸、硅酸 D第第62页页、普通玻璃是、普通玻璃是 （混合物、纯净物）玻璃（混合物、纯净物）玻璃 可在一定温度范围内软化，制成工艺品可在一定温度范围内软化，制成工艺品 等。这是因为玻璃是一个等。这是因为玻璃是一个 物质，没有物质，没有 固定固定 。、以下关于玻璃叙述正确是（、以下关于玻璃叙述正确是（）A、制普通玻璃主要原料是纯碱、石灰、制普通玻璃主要原料是纯碱、石灰 石、石英石、石英 B、普通玻璃成份主要是硅酸钠、硅酸、普通玻璃成份主要是硅酸钠、硅酸 钙和二氧化硅钙和二氧化硅 C、玻璃是几个成份熔化在一起晶体、玻璃是几个成份熔化在一起晶体 D、玻璃是硅酸钠盐，有一定熔点、玻璃是硅酸钠盐，有一定熔点练习练习第第63页页、陶瓷已广泛应用于生活和生产中，以下不、陶瓷已广泛应用于生活和生产中，以下不 属陶瓷制品是属陶瓷制品是()A.电器中绝缘瓷管电器中绝缘瓷管 B.试验室中坩埚试验室中坩埚 C.试验室中试管试验室中试管 D.建筑上烧制砖瓦建筑上烧制砖瓦、熔融烧碱应选取器皿是、熔融烧碱应选取器皿是 A、石英坩埚、石英坩埚 B、普通玻璃坩埚、普通玻璃坩埚 C、生铁坩埚、生铁坩埚 D、陶瓷坩埚、陶瓷坩埚第第64页页