第5章第3节 无机非金属材料 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

该高中化学课件聚焦无机非金属材料，涵盖传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）与新型材料（硅基材料、新型陶瓷、碳纳米材料），导入从材料的物质基础作用切入，连接硅、氧元素，先解析硅酸盐结构特性，再分述传统材料的原料、成分及用途，后拓展新型材料的性能与应用，形成从基础到应用的学习支架。 其亮点在于通过表格对比传统材料关键信息，结合判断正误、深度思考等互动设计，强化化学观念中“结构决定性质，性质决定用途”，培养科学思维的分类与证据推理能力。如碳纳米材料结构与电学性能关联，工业制硅原理分析等实例，助力学生构建知识网络，也为教师提供丰富教学素材，提升课堂效率。

无机非金属材料 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 一、导入新课 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，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。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。 1.硅酸盐及其结构 (1)硅酸盐的概念 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。 (2)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 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 相互连接，每个 为两个四面体所共有，与 个Si相结合。 4 O O 2 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 (3)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高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 2.常见的硅酸盐材料   陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原料 _____ __________________________________________________ 主要原料：_____________ 辅助原料：适量的石膏 设备 — _______ ___________ 主要 成分 成分复杂 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 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 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 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制品 具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬 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、制造玻璃纤维 大量用于建筑和水利工程 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 (1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物(　　) (2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定(　　) (3)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合(　　) (4)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土(　　) (5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行(　　) (6)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化(　　) 【判断正误】 × √ √ √ √ √ 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 1.传统的玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品，根据你的观察和使用经验，将它们的主要物理性质和化学性质填入下表。 材料 物理性质 化学性质 玻璃     陶瓷     硬度大、耐磨损、耐高温、较脆 很稳定 硬度大、耐磨损、耐高温 很稳定 2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。 (1)硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称 ，具有 强、耐 等特性，常用作黏合剂和防火剂。 水玻璃 黏结力 高温 【理解应用】 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 (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 。 (3)少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是 。 2H＋===H2SiO3↓ H2O===H2SiO3↓＋CO 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 【相关链接】 硅酸盐的丰富性和多样性 由于铝与硅在元素周期表中位置相邻、粒子大小相近，＋3价的铝常或多或少地置换硅酸盐中＋4价的硅而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐品种的多样性和结构的复杂性，同时也为应用硅酸盐材料提供了更广阔的选择。硅酸盐岩石长期在水和大气中二氧化碳的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体。土壤胶体粒子表面积巨大且带负电，能与NH 、K＋等数十种生物所需的营养离子相互作用，使土壤具有保肥能力。这是大自然对人类及地球生物的馈赠，我们应该爱护大地母亲。保持土壤的良好结构和化学成分，就是保证农业、牧业和林业持续发展的基础。 二、传统无机非金属材料——硅酸盐材料 1.硅和二氧化硅 (1)硅的存在与性质 ①硅在自然界主要以 和 的形式存在； ②单质硅是应用最为广泛的半导体材料； ③高温下，硅能与氧气反应生成 ，与氯气反应生成 。 (2)二氧化硅的性质 ①二氧化硅硬度大、熔点高，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=== 。 硅酸盐 氧化物 SiO2 SiCl4 Na2SiO3＋H2O Si＋2CO↑ SiF4↑＋2H2O 三、新型无机非金属材料 2.新型陶瓷 (1)新型陶瓷与传统陶瓷相比，在 上有很大的变化，在 等方面具有很多新的特性和功能。 (2)常见新型陶瓷及其用途(连线) 成分 光学、热学、电 学、磁学 三、新型无机非金属材料 (3)高温结构陶瓷——碳化硅(SiC) 碳化硅俗称 ，它是由碳原子和硅原子通过 连接而形成，与 的结构类似，具有硬度大和优异的 性能。 金刚砂 共价键 金刚石 高温抗氧化 三、新型无机非金属材料 3.碳纳米材料 (1)富勒烯是由 构成的一系列笼形分子的总称，如C50、C60、C70、C120等，其代表物是 。 (2)碳纳米管是由 卷成的管状物，具有 尺度的直径。比表面积大，具有高强度和优良的电学性能。 (3)石墨烯是只有一个 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。 碳原子 C60 石墨片层 纳米 碳原子 三、新型无机非金属材料 【特别提示】 碳纳米材料(富勒烯、石墨烯等)、金刚石、石墨都是碳的同素异形体，它们具有不同的结构(碳原子排列方式不同)和性质。 三、新型无机非金属材料 (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)二氧化硅是酸性氧化物，只能与碱反应，不能与酸反应(　　) (4)磨口玻璃塞试剂瓶不能盛放烧碱溶液，但能盛放氢氟酸(　　) (5)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体(　　) (6)富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳(　　) √ √ × × × √ 【判断正误】 三、新型无机非金属材料 1.工业制备高纯硅的原理如图所示： (1)写出工业制备高纯硅反应的化学方程式： ① ； ② ； ③ 。 【深度思考】 三、新型无机非金属材料 (2)上述反应共同的反应类型是 ，反应①中焦炭的作用是 ，反应③中氢气的作用是 。 (3)在半导体工业中有这样一句行话：“从沙滩到用户”，你是如何理解的？ 氧化还原反应(或置换反应) 还原剂 还原剂 提示　沙子的主要成分是SiO2，作为半导体材料的硅单质是用焦炭还原SiO2制得的。 三、新型无机非金属材料 2.回答下列问题。 (1)碳和硅的原子结构有何异同？从二者在元素周期表中的位置能获得什么信息？ 提示　原子的最外层电子数相同，电子层数不同。不在同一周期，位于同一族。从二者在周期表中的位置可知碳的非金属性强于硅。 (2)碳和硅单质的存在形式有何相似之处？其性质有何不同？ 提示　单质都有晶体和无定形两种。硅晶体是良好的半导体材料，而石墨是良导体，金刚石、C60不导电。 三、新型无机非金属材料 (3)碳和硅的氧化物有何异同？ 提示　硅的氧化物只有SiO2，而碳的氧化物有CO和CO2两种。SiO2、CO2均属于酸性氧化物，CO属于不成盐氧化物。SiO2为固态，存在于地表及地壳中；CO2、CO为气态，存在于大气中；SiO2的性质比CO2更稳定等。 三、新型无机非金属材料 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 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 (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______。 ACD Si3N4 三、新型无机非金属材料 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT (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： ______________________________。 (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____________________________________。 Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑ 3SiCl4＋2N2＋6H2 Si3N4＋12HCl 三、新型无机非金属材料 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 【相关链接】 近几年，具有特殊功能的特殊的含硅材料得到迅速发展。例如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；含4%硅的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；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；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；等等。 三、新型无机非金属材料 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 四、课堂小结 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 解析　普通玻璃主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。 1.下列关于硅酸盐材料的说法错误的是 A.生活中常见的硅酸盐材料有玻璃、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.硅酸盐水泥以石灰石和黏土为主要原料 √ 五、课堂检测 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 2.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是 A.这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀 B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料 C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 解析　水玻璃为硅酸钠溶液，其化学性质稳定，但可与空气中的二氧化碳反应生成硅酸沉淀。 √ 五、课堂检测 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 3.某博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土[AlnSi2O5(OH)4]。下列说法不正确的是 A.古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品 B.高岭土为含水的铝硅酸盐 C.n＝3 D.我国在新石器时代已能烧制陶器 解析　根据化合物中正负化合价代数和为0的规则：n×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋4×(－1)＝0，解得n＝2。 √ 五、课堂检测 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 4.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 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。 √ 五、课堂检测 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 5.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料。它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备： 下列说法不正确的是 A.步骤①的化学方程式：SiO2＋C Si＋CO2↑ B.步骤①中每生成1 mol Si，转移4 mol电子 C.步骤③中的反应为氧化还原反应 D.高纯硅是制造太阳能电池的常用材料，二氧化硅是制造光导纤维的基本原料 √ 五、课堂检测 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 29 6.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 √ 解析　制造轮船材料为钢铁，不能选用高强度耐火陶瓷。 五、课堂检测 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 人教版化学高一必修二第5章第3节 无机非金属材料 课件(共30张PPT)课件PPT部编版课件统编版课件优质课课件免费课件PPT 30 SiO＋ SiO＋CO2＋ SiO2＋2CSi＋2CO↑ Si＋3HClSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯) 解析　步骤①的反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑。 $