第5章 第3节 无机非金属材料（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2024）

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 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课前教材预案 课堂深度拓展 课末随堂演练 课时作业（七） [学习目标] 1. 了解硅酸盐及其性质、结构特点，了解传统硅酸盐产品的工业 生产，知道硅及其化合物在材料家族中的应用。（证据推理与模 型认知） 2. 了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等 新型无机非金属材料。（科学态度与社会责任） 返回目录 化学　必修 第二册 　 知识点1　硅酸盐材料　 课前　教材预案 1. 硅酸盐及其结构 （1）硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体， 其结构如图所示。 每个Si结合① 个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许 多这样的四面体还可以通过顶角的② ⁠相互连接，每个 ③ 为④ 个四面体所共有，与⑤ 个Si相结合。 4　 O　 O　 2　 2　 返回目录 化学　必修 第二册 　 （2）硅酸盐的特性 硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度 ⑥ 、⑦ 溶于水、耐⑧ 、耐⑨ ⁠ 等特点。 高　 难　 高温　 腐蚀　 返回目录 化学　必修 第二册 　 2. 常见的硅酸盐材料 陶瓷 玻璃 水泥 原料 ⑩ ⁠ ⁠ ⑪ ⁠ ⁠ ⁠ 主要原料： ⑫ ⁠ ⁠辅助原料：适 量的石膏 设备 — ⑬ ⁠ ⑭ ⁠ ⁠ 黏 土　 纯碱（Na2CO3）、 石灰石（CaCO3）、石英 砂（SiO2）　 石灰石、黏 土　 玻璃窑　 水泥回转 窑　 返回目录 化学　必修 第二册 　 陶瓷 玻璃 水泥 用途 建筑材料、绝缘 材料、日用器皿、卫生洁具 建筑材料、光学仪器、各种器皿、玻璃纤维 大量用于建筑和水 利工程 返回目录 化学　必修 第二册 　 知识点2　新型无机非金属材料 1. 硅的存在与性质 （1）位：硅元素位于元素周期表第⑮ 周期第⑯ ⁠ 族，处于金属与非金属的⑰ ⁠位置。 （2）构：硅元素原子核外有3个电子层，最外层有4个电子。 （3）性：单质的导电性介于⑱ 与⑲ ⁠之 间，是应用最为广泛的⑳ ⁠材料。 （4）硅的存在：硅在自然界主要以㉑ 和㉒ ⁠ ⁠的形式存在。 三　 ⅣA　 过渡　 导体　 绝缘体　 半导体　 硅酸盐　 氧化 物　 返回目录 化学　必修 第二册 　 （5）高纯硅的制备 工业制备高纯硅的原理流程图 其中涉及的主要反应为 ①㉓ ⁠ ②㉔ ⁠ ③㉕ ⁠ SiO2＋2C Si＋2CO↑　 Si＋3HCl SiHCl3＋H2　 SiHCl3＋H2 Si＋3HCl　 返回目录 化学　必修 第二册 　 （6）硅的用途 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体 性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的㉖ ⁠，以 及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的㉗ ⁠。 芯片　 硅太阳能电池　 返回目录 化学　必修 第二册 　 2. 二氧化硅的用途 二氧化硅可用来生产㉘ ⁠。光导纤维的通信容量大， 抗干扰性能好，传输信号不易衰减，能够有效提高通信效率。 光导纤维　 返回目录 化学　必修 第二册 　 3. 新型陶瓷 （1）新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在㉙ ⁠ ⁠等方面具有很多新的特性和功能。 （2）碳化硅（SiC） 碳化硅俗称㉚ ，其中的碳原子和硅原子通过㉛ ⁠ 连接，与㉜ ⁠的结构类似，具有很大的硬度和优异 的㉝ 性能。可用作㉞ ⁠、 ㉟ ⁠等。 光 学、热学、电学、磁学　 金刚砂　 共价 键　 金刚石　 高温抗氧化　 耐高温结构材料　 耐高温半导体材料　 返回目录 化学　必修 第二册 　 （3）常见新型陶瓷及其用途（选择填空） ①㊱ 　用于高压钠灯、激光器、高温探测窗 ②㊲ 　主要用于电力、交通、医疗等领域 ③㊳ 　用于滤声器、扬声器、超声波探伤器 ④㊴ 　用于火箭、汽车发动机和耐高温材料 A. 高温结构陶瓷 B. 压电陶瓷 C. 透明陶瓷 D. 超导陶瓷 C　 D　 B　 A　 返回目录 化学　必修 第二册 　 4. 碳纳米材料 （1）富勒烯是由㊵ 构成的一系列㊶ ⁠分子的 总称，其中的㊷ ⁠是富勒烯的代表物。 （2）碳纳米管可以看成是由㊸ ⁠卷成的管状物，具 有㊹ 尺度的直径。比表面积㊺ ⁠，有相当高的强度 和优良的㊻ ⁠。 （3）石墨烯是只有一个㊼ ⁠厚度的单层石墨，其 独特的结构使其电阻率㊽ 、热导率㊾ ⁠，具有很高的 强度。 碳原子　 笼形　 C60　 石墨片层　 纳米　 大　 电学性能　 碳原子直径　 低　 高　 返回目录 化学　必修 第二册 　 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）硅晶片是生产芯片的基础材料。 （　√　） （2）生产光导纤维的原料是二氧化硅。 （　√　） （3）金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体。 （　×　） （4）硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物。 （　×　） （5）硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。 （　√　） √ √ × × √ 返回目录 化学　必修 第二册 　 （6）硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合。 （　√　） （7）磨口玻璃塞试剂瓶不能盛放烧碱溶液，但能盛放氢氟酸。 （　×　） √ × 返回目录 化学　必修 第二册 　 （1）金刚砂为碳化硅，与金刚石结构类似，但不是金刚石的同 素异形体。 （2）硅酸盐结构复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式来 表示其组成，但不是它们的混合物。 （3）因玻璃中的SiO2能与碱反应，所以不能用磨口玻璃塞试剂 瓶盛放烧碱溶液；氢氟酸也能与SiO2反应，故也不能用磨口玻 璃塞试剂瓶盛放氢氟酸。 返回目录 化学　必修 第二册 　 探究点1　硅酸盐材料　 课堂　深度拓展 1. 现代生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性 能和用途的玻璃。对比普通玻璃的成分及原料，推测高温下制造 玻璃的过程中发生的反应。 返回目录 化学　必修 第二册 　 答案　普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2；制造普 通玻璃的主要原料有纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是 SiO2）；Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑。 返回目录 化学　必修 第二册 　 1. 常见硅酸盐材料的成分与特点 陶瓷 玻璃 水泥 主要 成分 成分复杂 硅酸（Na2SiO3）、 硅酸钙（CaSiO3）、 二氧化硅（SiO2） 硅酸三（3CaO·SiO2）、 硅酸二（2CaO·SiO2）、 铝酸三（3CaO·Al2O3） 返回目录 化学　必修 第二册 　 陶瓷 玻璃 水泥 特 点 抗氧化、抗酸 碱腐蚀、耐高 温、绝缘 玻璃是非晶体，称 为玻璃态物质，无 固定熔点，在某一 温度范围内软化可 加工成玻璃制品 具有水硬性，与水掺和 搅拌并静置后，很容易 凝固变硬 返回目录 化学　必修 第二册 　 2. 常见的硅酸盐——硅酸钠（俗名泡花碱） （1）硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、 耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。 （2）硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸（H2SiO3）沉淀，其离子 方程式是Si ＋2H＋ H2SiO3↓。 返回目录 化学　必修 第二册 　 （3）H2CO3的酸性强于H2SiO3，少量二氧化碳通入硅酸钠溶液 中，反应的离子方程式是Si ＋CO2＋H2O H2SiO3↓＋ C 。 特别提示：高温下反应SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑也 能发生，该反应之所以能发生，是因为反应不是在水溶液中进行 的，在高温条件下生成的CO2气体从反应体系中逸出，从而使反 应能够继续进行。 返回目录 化学　必修 第二册 　 【例题1】硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。下面有关硅酸 盐材料的说法正确的是（　　） A. 普通玻璃的主要成分是纯碱、石灰石和石英 B. 制造水泥的主要原料是石灰石和黏土 C. 水玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D. 陶器比瓷器的结构致密，几乎不吸水 答案　B　 解析　普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项 错误；水玻璃是硅酸钠的水溶液，C项错误；瓷器比陶器的结构 致密，几乎不吸水，D项错误。 返回目录 化学　必修 第二册 　 【变式1】钢化玻璃俗称“普通玻璃的化身”，是普通玻璃经一 定物理方法处理后得到的。钢化玻璃一般不会发生自爆现象，但 当钢化玻璃中含有硫化镍结核时就有可能发生自爆现象。下列有 关说法中错误的是（　　） A. 制取钢化玻璃的原料为石灰石、纯碱和石英 B. 钢化玻璃是一种新型无机非金属材料 C. 制取钢化玻璃的主要反应都是非氧化还原反应 D. 在碳素钢中加入镍等合金元素可以制得不锈钢及各种特种钢 答案　B　 返回目录 化学　必修 第二册 　 解析　根据题给信息知，制取钢化玻璃的原料与制取普通玻 璃的原料一样，为石灰石、纯碱和石英，A项正确；钢化玻璃 与普通玻璃的组成基本相同，仍属于传统无机非金属材料，B 项错误；制取钢化玻璃的主要反应为Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑，都 是非氧化还原反应，C项正确；不锈钢是由铁、铬、镍等制成 的合金钢，故在碳素钢中加入镍等合金元素可以制得不锈钢 及各种特种钢，D项正确。 返回目录 化学　必修 第二册 　 探究点2　硅、二氧化硅及新型无机非金属材料　 2. 实验室中盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞， 是因为玻璃中的SiO2能与氢氧化钠反应；生产磨砂玻璃时可以用 氢氟酸溶蚀玻璃，是因为氢氟酸可与SiO2反应。由此是否可得出 SiO2是两性氧化物？ 答案　不对。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱 反应生成盐和水的氧化物。SiO2只能与氢氟酸反应，且生成的 SiF4不属于盐。 返回目录 化学　必修 第二册 　 1. Si的性质 （1）常温下能与F2、HF、强碱等反应 Si＋2F2 SiF4 Si＋4HF SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O Na2SiO3＋2H2↑ 返回目录 化学　必修 第二册 　 （2）加热时能与O2、Cl2、C等反应 Si＋O2 SiO2 Si＋2Cl2 SiCl4 Si＋C SiC 返回目录 化学　必修 第二册 　 特别提示： （1）Si与氢氟酸反应是Si的特性，其他非金属单质不具有此 性质。 （2）Si是能与NaOH溶液反应放出H2的非金属单质，Al是能 与NaOH溶液反应放出H2的金属单质。推断题中常以此作为 突破口。 返回目录 化学　必修 第二册 　 2. SiO2的性质 返回目录 化学　必修 第二册 　 【例题2】有一含有杂质铁的粗硅，取等质量的样品分别投入过 量的稀盐酸和过量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的氢气，则该 粗硅中铁和硅的关系正确的是（　　） A. 物质的量之比为2∶1 B. 物质的量之比为1∶2 C. 质量之比为1∶4 D. 质量之比为2∶1 答案　A　 返回目录 化学　必修 第二册 　 解析　该粗硅样品与稀盐酸的反应实质是铁与稀盐酸反应：Fe＋ 2HCl FeCl2＋H2↑；与氢氧化钠溶液的反应实质是硅与氢氧 化钠溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O Na2SiO3＋2H2↑。因放出 等量的氢气，则铁与硅的物质的量之比为2∶1，质量之比为 4∶1。 返回目录 化学　必修 第二册 　 【变式2】有科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列关于硅及 其化合物的说法正确的是（　　） A. SiO2和CO2都是酸性氧化物，既能与水反应，又能与NaOH溶 液反应 B. 高温下，工业制粗硅的化学方程式为2C＋SiO2Si＋CO↑ C. 二氧化硅的熔点高、硬度大，因此可用于制作光导纤维 D. 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 返回目录 化学　必修 第二册 　 答案　B　 解析　SiO2和CO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应，但 二氧化硅不能与水反应，A项错误；高温下，工业制粗硅利用碳 还原二氧化硅，反应的化学方程式为2C＋SiO2 Si＋2CO↑， B项正确；二氧化硅能做光导纤维是利用了二氧化硅对 光的反射，与其熔点和硬度无关，C项错误；水泥、玻璃都是硅 酸盐制品，水晶饰物的主要成分为二氧化硅，D项错误。 返回目录 化学　必修 第二册 　 3. 新型无机非金属材料 （1）硅与碳的化合物碳化硅（SiC，俗称金刚砂），具有金刚石 结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮的磨料。 （2）含硅4％的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯。 （3）人工合成的硅橡胶是目前最好的既耐高温又耐低温的橡 胶，在－60～250 ℃ 仍能保持良好的弹性，用于制造火箭、导 弹、飞机的零件和绝缘材料等。 （4）人工制造的分子筛（一种具有均匀微孔结构的铝硅酸 盐），主要用作吸附剂和催化剂。 返回目录 化学　必修 第二册 　 【例题3】下列物质与其对应的用途搭配不正确的是（　　） A. 高能燃料——火箭动力 B. 石英砂——制造光导纤维 C. 半导体硅晶片——制造计算机芯片 D. 高强度耐火陶瓷——制造轮船 答案　D　 解析　制造轮船的材料为钢铁，不能选用高强度耐火陶瓷，D项 错误。 返回目录 化学　必修 第二册 　 【变式3】太空航天器常穿上用新型陶瓷材料制成的“外衣”， 在穿越大气层时，能克服“热障”安全返回地面，这种外衣主要 利用了材料的（　　） A. 绝缘性好 B. 密度大 C. 耐高温和隔热性好 D. 硬度大 答案　C　 返回目录 化学　必修 第二册 　 解析　因为航天器在穿过稠密的大气层返回地球的过程中与大气 剧烈摩擦，产生高温，为了防止烧毁航天器，所以这种材料应具 备耐高温的特点；还要防止因舱内温度过高对宇航员的身体造成 危害，这种材料还应具备隔热性好的特点。故选C项。 返回目录 化学　必修 第二册 　 返回目录 化学　必修 第二册 　 1. （硅酸盐材料）作为全球最大的电子产品制造国，中国却有着 “芯”病。我国国产芯片自给率不到30％，产值不足全球的7％， 市场份额不到10％。下列说法正确的是（　　） A. CPU半导体芯片与光导纤维是同种材料 B. 水泥和玻璃属于新型硅酸盐材料 C. 水晶和陶瓷都是硅酸盐制品 D 粗硅制备单晶硅涉及氧化还原反应 答案　D　 课末　随堂演练 返回目录 化学　必修 第二册 　 解析　CPU半导体芯片的主要成分是晶体硅，光导纤维的主要成 分是二氧化硅，两者所用的材料不同，A项错误；水泥和玻璃的 主要成分都是硅酸盐，均属于硅酸盐材料，但不属于新型硅酸盐 材料，B项错误；水晶的主要成分是二氧化硅，是氧化物，不是 硅酸盐，C项错误；粗硅制备单晶硅的过程中，先用氯化氢把硅 氧化为三氯硅烷，再用氢气把三氯硅烷还原为硅，故该过程存在 元素化合价变化，涉及氧化还原反应，D项正确。 返回目录 化学　必修 第二册 　 2. （硅的性质）硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的 是（　　） A. 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B. 硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫硅石 C. 反应Si＋ 2NaOH ＋ H2ONa2SiO3 ＋ 2H2↑中，Si为氧化剂 D. 硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应 答案　A　 返回目录 化学　必修 第二册 　 解析　硅是良好的半导体材料，常用来制造太阳能相关设备，能 将太阳能转换为电能，A项正确；虽然硅单质在常温下化学性质 稳定，但在自然界中不存在游离态的硅，在自然界存在较多的硅 石，其主要成分是SiO2，B项错误；反应Si＋ 2NaOH＋H2O Na2SiO3＋2H2↑中，Si的化合价升高，为还原剂，C项错误；硅 能与氢氟酸反应，但硅不能与盐酸反应，D项错误。 返回目录 化学　必修 第二册 　 3. （硅酸盐材料）中国的量子通信、5G技术在世界上处于领先 地位。下列说法不正确的是（　　） A. “北斗”全球导航卫星计算机的芯片材料是高纯度二氧化硅 B. 光导纤维被广泛应用于光缆通讯，其成分是二氧化硅 C. 高温结构陶瓷是制作导弹、火箭的理想材料 D. 玻璃、水泥、陶瓷属于硅酸盐产品 答案　A　 返回目录 化学　必修 第二册 　 解析　计算机的芯片材料是高纯度硅，而二氧化硅用于生产光 纤，A项错误；光导纤维能对光进行全反射，用于生产光缆，主 要成分是二氧化硅，B项正确；高温结构陶瓷的耐高温性能好， 且抗腐蚀能力强，是制作导弹、火箭的理想材料，C项正确；玻 璃、水泥、陶瓷的主要成分都是硅酸盐，它们属于传统硅酸盐产 品，D项正确。 返回目录 化学　必修 第二册 　 4. （无机非金属材料）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. ①②③④⑥ B. 全部 C. ⑤⑦ D. ①②⑥⑦ 返回目录 化学　必修 第二册 　 答案　A　 解析　玻璃、石英、水晶、玛瑙和光导纤维的成分中都含有 二氧化硅，计算机芯片、硅太阳能电池的主要成分是单质 硅。故选A项。 返回目录 化学　必修 第二册 　 5. （综合应用）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1 300 ℃时 反应获得。 （1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是 　　　　（填字 母）。 A. 制汽轮机叶片 B. 制有色金属 C. 制永久性模具 D. 制造柴油机 答案　（1）ACD　 返回目录 化学　必修 第二册 　 （2）写出氮原子结构示意图 　　　　，根据元素周期律知识， 请写出氮化硅的化学式 　　　　。 答案　（2） 　Si3 返回目录 化学　必修 第二册 　 （3）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机 酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程 式： 　　　　　　　　　　　　　。 答案　（3）Si3N4＋12HF 3SiF4↑＋4NH3↑　 （4）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反 应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式 为 　　　　　　　　　　　　　。 答案　（4）3SiCl4＋2N2＋6H2 Si3N4＋12HCl 返回目录 化学　必修 第二册 　 课时作业（七） （建议用时：40 min） 返回目录 化学　必修 第二册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$