5.3无机非金属材料 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版必修第二册

该高中化学课件围绕硅单质、二氧化硅、硅酸盐（传统与新型）、高纯硅制备及碳纳米材料，通过“从结构预测性质”问题链和“从沙滩到用户”情境导入，以“结构决定性质”为主线，结合问题引导、表格对比及计算分析，帮助学生构建性质、制备与用途的知识脉络。 其亮点在于以化学观念中的“结构决定性质”为核心，通过科学思维的证据推理（如二氧化硅结构推导性质）和科学探究与实践的任务驱动（如材料表格填写、提纯方案设计），联系光刻机、集成电路等实际应用。采用问题链与资料阅读结合的教学方法，学生能提升探究能力，教师可借助结构化资源提高教学效率。

硅的今生与前世 第五章 第三节 无机非金属材料 芯片 1956年基尔比发明第一块单晶硅Si集成电路 单晶硅切片 华为麒麟990芯片 Si单质的用途P22 太阳能电池板 美国芯片法案，阻止向中国出售芯片。高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域。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芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等贵台阳能电池。 问题1:为什么高纯硅可以作为制造 芯片的原材料？ 请根据元素周期表、周期律相关 知识进行分析。 任务一 硅单质的性质 问题1-1:根据硅原子的原子结构， 预测硅元素性质 Si +14 8 4 2 主要形成四价的化合物 介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。晶体硅中的杂质会影响导电性能，如何制备高纯硅呢？ 问题2:从哪些角度可以预测单质Si的性质？ 问题2-1 根据Si的结构，你能概括出它的物理性质吗？ （从状态、水溶性、 熔点、硬度等角度思考） 任务一：硅单质的性质 立体网状结构，无分子 Si +14 8 4 2 主要形成四价的化合物 表的位置 yua原子结构 wu物质结构 l类别 价态 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，良好的半导体材料。 问题2:从哪些角度可以预测单质Si的性质？ a.常温下，化学性质稳定,只能跟F2、HF、NaOH溶液反应。 b.加热时，能与某些非金属单质和金属单质反应 Si +14 8 4 2 主要形成四价的化合物 问题2-2 一般发生化学反应的条件是什么？为什么？ 任务一：硅单质的性质 立体网状结构，无分子 表的位置 yua原子结构 wu物质结构 l类别 价态 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔沸点很高、硬度大，良好的半导体材料。 硅是一种亲氧元素 自然界的硅：化合态 石英砂SiO2 自然界的硅 沙子SiO2 硅藻土 SiO2 石英SiO2 晶体硅中的杂质会影响导电性能，如何制备高纯硅呢？ 任务二：二氧化硅的性质 问题1 从哪些角度可以预测SiO2的性质？ 难溶于水，熔点高，硬度大，不导电。 ③化学稳定性： 化学性质很稳定，不活泼。 ①结构 O Si 立体网状结构无分子式 ②物理性质： SiO2→Si？ 石英砂 问题1-1 根据SiO2的结构，你能概括出它的物理性质吗？ 一般发生化学反应的条件是什么？为什么？ 任务二：二氧化硅的性质 问题2 已知玻璃陶瓷中有SiO2，为什么实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用玻璃瓶 而不用玻璃塞？ 问题2-3：SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，SiO2是两性氧化物吗？ 问题2-1：HF能否储存在玻璃瓶里？ 问题2-2：加热熔融NaOH时，为什么不能使用陶瓷坩埚和石英坩埚，只能使用铁坩埚？ 物质 SiO2 C Si SiHCl3 H2 HCl 沸点/℃ 2230 4827 2900 31.5 -252.77 -85 问题5 粗硅中有什么杂质？如何提纯？ 计算可得：SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+2CO(g) 所需最低温度为1885K SiO2(s)+2C(s)=Si(s)+CO2(g) 所需最低温度为2795K 任务三：高纯硅的制备 SiO2→Si？ 从沙滩到用户 问题6:你还能找到其他可做半导体材料的元素吗？ 二氧化硅的用途 P22 SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质。二氧化硅可用来生产光导纤维。 光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。 石英坩埚 玻璃仪器 水晶、玛瑙饰品 精美瓷器 任务四：认识常见硅酸盐材料 【阅读填空】阅读教材第19-21页，找出三大硅酸盐材料的原料、工艺设备、主要成分、性能及用途，归纳填写表格。 传统硅酸盐材料 主要原料 主要 设备 主要成分 性能 用途 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 黏土 纯碱、石灰石、 石英砂 黏土、石灰石（加入少量石膏） 玻璃窑 水泥窑 含水的铝硅酸盐 Na2CO3、SiO2、CaCO3 硅酸盐 硬度高、熔点高、难溶于水、耐腐蚀 生产建筑材料、绝缘材料、 日用器皿、卫生洁具等 生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程 任务四：认识常见硅酸盐材料 【思考讨论】 【问题1】结合玻璃生产的原料和成分分析，烧制玻璃发生了怎样的反应？ 发生了复杂的物理、化学变化，主要反应： Na2CO3+SiO2=== Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2=== CaSiO3+CO2↑ 高温 高温 【问题2】为什么三大硅酸盐材料表现出这样的性能？ 结构决定性质——稳定的硅氧四面体结构 归纳总结 任务四：认识常见硅酸盐材料 【思考讨论】 【问题3】硅酸是一种不溶于水的白色粉末状固体，酸性比碳酸弱，且具有不稳定性，请根据已学知识，写出下列化学方程式。 Na2SiO3＋2CO2＋2H2O === H2SiO3↓＋2NaHCO3 (1)弱酸性 Na2SiO3＋CO2＋H2O === H2SiO3↓＋Na2CO3 (2)不稳定性 H2SiO3 === SiO2＋H2O 2.化学性质 不溶于水的白色粉末状的固体 H2SiO3酸性比H2CO3酸性弱 1.物理性质 任务二：认识新型无机非金属材料 【阅读填空】阅读教材第23页，归纳新型陶瓷的种类、成分、性能与主要应用。 1、新型陶瓷 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 ___________ 磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 用于电力、交通、医疗等领域 碳化硅(SiC) 硬度大、耐高温、 抗氧化 耐高温、抗氧化、 耐腐蚀 能实现机械能和电能 的相互转化 具有优异的光学性能、 耐高温、绝缘性好 临界温度下具有超导性 任务二：认识新型无机非金属材料 【阅读填空】阅读教材第23-24页，归纳碳纳米材料的种类、概念、性能与主要应用。   概念 性能 用途 富勒烯 由 构成的一系列笼形分子的总称，如____ — 制碳纳米材料 碳纳米管 由 卷成的管状物，具有纳米尺度的直径 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 厚度的单层石墨 在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究 碳原子 C60 石墨片层 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 只有一个碳原子直径 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 2.碳纳米材料 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $