5.3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，系统梳理传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）的组成、制备及新型材料（硅、二氧化硅、碳纳米材料）的性质与应用，通过联系金属材料、高分子材料构建材料分类框架，帮助学生形成完整知识体系。 其亮点在于结合结构示意图（硅氧四面体、SiO₂晶体）与化学方程式，通过对比（SiO₂与CO₂性质）、归纳（硅酸盐表示法）培养科学思维，当堂检测强化应用，渗透结构决定性质的化学观念，学生能深化理解，教师可提升教学针对性。

第三节 无机非金属材料 第五章 化工生产中的重要非金属元素 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。 材料按照化学组成和特性来分： 无机非金属材料 金属材料 高分子材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 1.概念：由 组成的化合物的总称。 （一）硅酸盐的组成、结构和性质： 一、硅酸盐材料 3.性质： 2.结构： 在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为2个四面体所共有。 多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 Na2SiO3 水溶液俗称：水玻璃、泡花碱 相对稳定、不能燃烧、不易被腐蚀 用途：制备硅胶、木材防火剂、 肥皂填充剂、黏胶剂 特性：水溶液有黏性 硅、氧和金属 4.表示方法： ⑴化学式法 适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3、 CaSiO3等。 ⑵氧化物法 活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。 系数：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则。 硅酸钠：Na2SiO3 Na2O·SiO2 硅酸钙：CaSiO3 CaO·SiO2 无机非金属材料 硅酸盐产品 陶瓷 水泥 玻璃 陶瓷：原料——黏土 玻璃：原料——纯碱、石灰石和石英 水泥：原料——黏土和石灰石； 加适量石膏 （二）硅酸盐产品：陶瓷、玻璃、水泥 原料：纯碱、石灰石、石英 设备：玻璃窑 条件：高温熔融 主要成份：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅 主要反应： 高温 SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2 高温 1.玻璃 有色玻璃 钢化玻璃 普通玻璃加热近熔化再急速冷却 加入不同的金属氧化物 水泥 原料：黏土、石灰石、石膏 设备：水泥回转窑 条件：煅烧 主要成份： 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙等 用途：石膏是用来调节水泥的硬化速度。 2.水泥 陶器 瓷器 原料：黏土 条件：高温烧结 3.陶瓷 （一）硅（Si）的存在、结构、性质 ，制备 二、新型无机非金属材料 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ⅣA族 ①单质硅是应用最为广泛的 材料； ②高温下，硅能与氧气反应生成 ，与氯气反应生成 。 半导体 SiO2 SiCl4 (3) 与 F2反应 化学性质 (2) 与氢氟酸反应 (1) 与强碱反应 常温下 Si + 2F2 == SiF4 Si + 4HF == SiF4 ↑ + 2H2 ↑ Si + 2NaOH + H2O == Na2SiO3 + 2H2↑ (4) 与 O2反应 化学性质 (5) 与氯气反应 (6) 与碳反应 高温下 Si + O2 == SiO2 Si + 2Cl2 === SiCl4 高温 Si + C === SiC 高温 硅的用途 集成电路 　　　 晶体管 Si导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导体材料,硅是信息技术的关键材料.用来制造集成电路、晶体管等半导体器件，还可用来制成太阳能电池。硅的合金用来制造变压器铁芯、耐酸设备等。 硅太阳能电池 电脑中央处理器（CPU） 硅的制备 ⑴SiO2+2C == Si+2CO ↑ (粗硅) 高温 若C过量： SiO2+3C == SiC + 2CO ↑ 高温 碳化硅(俗名：金刚砂) 氧化剂/还原剂=1/2 （二）二氧化硅 1.二氧化硅（ SiO2）存在形式 结晶形（石英晶体） 无定形——硅藻土 水晶 玛瑙 二氧化硅的存在 石英、水晶、玛瑙有何区别？ 硅石 二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。在自然界中有较纯的水晶，含有少量杂质的石 英、玛瑙和普遍存在的沙子，还有无定形的硅藻土。 SiO2的晶体结构 晶体Si的结构 硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定 2.二氧化硅（ SiO2）的晶体结构 化学性质： 是酸性氧化物 ① 能与碱反应 ② 能与碱性氧化物反应 ③ 能与氢氟酸反应（特性） 3.二氧化硅的物理、化学性质 物理性质： 白色或无色、熔沸点高、 硬度大、不溶于水 SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O SiO2＋CaO = CaSiO3 高温 ⑤高温下，SiO2能与部分盐反应 ④弱氧化性： SiO2＋2C = 2CO + Si 高温 二氧化碳 二氧化硅 状态 水溶性 化 学 性 质 与水 反应 与碱 反应 与碱性氧化物 反应 与酸 反应 用 途 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+Na2O=Na2CO3 CO2+CaO=CaCO3 不反应 SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O 固 态 溶于水 气 态 难溶于水 SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O 人工降雨，灭火等 装饰、石英坩埚、光纤 CO2+H2O H2CO3 SiO2＋CaO = CaSiO3 高温 【归纳总结】 (三)新型陶瓷 1. 主要特性：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 2. 举例：如 陶瓷，硬度大，可用作 的磨料，具有优异的 性能，用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 （四）碳纳米材料 1.富勒烯 ①主要特性 由碳原子构成的 的总称，性质稳定。 ②用途 为纳米科学提供重要的研究对象，用C60作车轮的“纳米汽车”。 2.碳纳米管 ①主要特性：比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。 ②用途：生产复合材料、电池和传感器等。 3.石墨烯 ①主要特性：电阻率低、热导率高、强度高。 ②用途：广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。 1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 C 【当堂检测】 2．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是 （ ） A．石墨烯具有良好的导电性 B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体 C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜 D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同 石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料 石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性 碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料 D 砂纸和砂轮 高温抗氧化 碳化硅 笼形分子 $