5.3 无机非金属材料（交互动画教学课件）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，系统讲解硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）和新型无机非金属材料（硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料）的成分、性质及用途。通过情境导入（地标建筑材料）和问题驱动（材料分类），结合分组讨论、资料卡片、交互动画等学习支架，帮助学生构建前后知识联系。 其亮点在于以任务驱动（如“从沙滩到用户”探究高纯硅制备）落实科学探究与实践，通过硅氧四面体结构分析强化结构决定性质的化学观念。典型范例与技能实战结合，培养科学思维，同时融入科学·技术·社会内容，增强学生科学态度与责任。为教师提供丰富教学资源，助力高效教学，帮助学生建立知识网络。

null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 人教版2019必修第二册 课时1 无机非金属材料 硅酸盐材料 1 知识导航 新型无机非金属材料 2 知识导航 重点：典型无机非金属材料的主要成分、性质和用途。 难点：典型无机非金属材料的主要成分、性质和用途。 1.了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料生产原料、性能和主要用途，知道传统硅酸盐的重要作用。 。 明·教学目标 教学模型：实验探究→问题驱动→概念建构→应用迁移 2.了解晶体硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受新型无机非金属材料的奇特性能及其在高科技领域的重要作用。 引·新课导入 建筑的美你get到了吗？ 问题驱动 思考：材料是人类赖以生存和发展的物质基础，这些地标性建筑用到了哪些材料吗？列举你所知道的身边的材料，了解材料的分类! 情境导入 01 硅酸盐材料 探·知识奥秘 1.材料分类 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。 一、硅酸盐材料 ①金属材料：包含纯金属和合金 ②无机非金属材料 ③有机高分子材料 ④复合材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 探·知识奥秘 任务1：请同学们阅读资料卡片分组讨论硅酸盐的结构。 讨论任务 一、硅酸盐材料 硅酸盐的结构 在硅酸盐中，Si和0构成了硅氧四面体，其结构如图5-18所示。每个Si结合4个O，Si在中心，0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O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 探·知识奥秘 2.硅酸盐 一、硅酸盐材料 ⑴硅酸盐是由金属、硅、氧等元素形成的盐 ⑵硅酸盐材料具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀特点! ⑶硅酸盐结构：Si 和 O 构成了硅氧四面体每个 Si 结合 4 个 O， Si 在中心，O 在四面体的 4 个顶角许多四面体通过顶角的O相互连接每个 O 为两个四面体所共有，与 2 个 Si 相结合。 探·知识奥秘 任务2：请同学们分组讨论你所知道的身边的硅酸盐材料 讨论任务 一、硅酸盐材料 探·知识奥秘 3. 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。 一、硅酸盐材料 水泥 玻璃 陶瓷 探·知识奥秘 3. 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 ⑴陶瓷 一、硅酸盐材料 黏土（含水的铝硅酸盐） 高温烧结 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具 原料： 条件： 用途： 性能： 熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 探·知识奥秘 任务3：请同学们阅读资料卡片分组讨论如何制作各种玻璃？ 讨论任务 一、硅酸盐材料 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。例如， 用含有铅的原料制造的光学玻璃，透光性好， 折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光 学仪器的透镜；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、 耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用 的玻璃仪器；加入一些金属氧化物或盐可以 得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。 探·知识奥秘 3. 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 ⑵玻璃 一、硅酸盐材料 纯碱、石灰石和石英砂 玻璃窑 Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 SiO2+Na2CO3 ==== Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 ==== CaSiO3+CO2↑ 高温 高温 原料 设备 原理 成分 应用 生产建筑材料、光学仪器、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 探·知识奥秘 任务4： 请同学们分组探讨制造水泥的主要原料是什么？ 讨论任务 一、硅酸盐材料 探·知识奥秘 3. 传统无机非金属材料——硅酸盐材料 ⑶水泥 一、硅酸盐材料 黏土和石灰石 水泥回转窑 原料： 工业设备： 石膏的作用： 条件： 高温煅烧 调节水泥硬化速率 析·典型范例 【例1】判断正误 (1)玻璃纤维是有机物(　　) (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(　　) × √ √ √ √ √ 一、硅酸盐材料 02 新型无机非金属材料 探·知识奥秘 任务1：请同学们分组讨论沙子和芯片的成分是什么呢？ 实验任务 二、新型无机非金属材料 情景任务 1.硅和二氧化硅 （1）硅 ①硅的存在形式 二、新型无机非金属材料 +14 2 8 4 Si 第三周期、第IV A族，处于金属和非金属的过渡位置 在自然界中主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙、石英砂）的形式存在。 探·知识奥秘 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 （1）硅 ②硅的性质和用途 硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料,是应用最广泛的半导体材料。 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高。 利用其半导体性能制成计算机、通信设备和家用电器的芯片。 光伏电站、人造卫星和电动汽车的硅太阳能电池等。 探·知识奥秘 任务2：请同学们分组讨论如何从沙滩到用户? 高纯硅的制备 讨论任务 二、新型无机非金属材料 任务2：请同学们分组讨论如何从沙滩到用户? 高纯硅的制备 探·知识奥秘 讨论任务 二、新型无机非金属材料 工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷（SiHCl3），再经氢气还原得到高纯硅。 高纯硅的制备 交互动画 工业制备高纯硅交互动画.html 探·知识奥秘 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 （1）硅 ③高纯硅的制备 ① SiO2 + 2C Si(粗) + 2CO↑ 1800 0C ~ 2000 0C ② Si + 3HCl SiHCl3 + H2 300 0C ③ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 1100 0C 析·典型范例 二、新型无机非金属材料 【例1】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 A 高温 探·知识奥秘 任务3：请同学们分组讨论沙子、石英砂、石英、玛瑙、水晶的主要成分是什么吗？ 讨论任务 二、新型无机非金属材料 主要成分均为SiO2 交互动画 二氧化硅性质交互动画.html 探·知识奥秘 1.硅和二氧化硅 （2）二氧化硅 ①二氧化硅的物理性质 二、新型无机非金属材料 硬度大、熔沸点高、常温下为固体、难溶于水、不导电 ②具有酸性氧化物的通性（类比CO2） a.不溶于水，不与水反应（特殊） SiO2 + CaO CaSiO3 高温 b.与碱性氧化物反应 c.与某些盐反应 d.与强碱反应 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O 探·知识奥秘 二、新型无机非金属材料 1.硅和二氧化硅 （2）二氧化硅 ③SiO2的特性 SiO2＋2C Si＋2CO↑ 　 == 高温 SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O ③弱氧化性 ④二氧化硅的用途 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。 析·典型范例 二、新型无机非金属材料 【例2】下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是( )，含有硅单质的是( )。 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 A C 探·知识奥秘 任务4：请同学们分组讨论你了解新型无机非金属材料吗？ 讨论任务 二、新型无机非金属材料 随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅 等，具有特殊的电学和光学性能，是现代信息技术的基础材料。 探·知识奥秘 2.新型陶瓷 新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 二、新型无机非金属材料 碳原子和硅原子通过共价键连接 结构： 性能 ——砂纸和砂轮的磨料 高温抗氧化性能 硬度大 耐高温结构材料 耐高温半导体材料 探·知识奥秘 二、新型无机非金属材料 新型陶瓷 随着人们对材料性能要求的不断提高， 具有特殊功能的陶瓷材料迅速发展，一系列 如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超 导陶瓷等新型陶瓷相继问世。这些新型陶瓷 与传统陶瓷相比，在成分上有了很大变化。 • 高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅 或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具 有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与 金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用 于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材 料等。 • 压电陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等， 能实现机械能与电能的相互转化。可用于滤 波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。 • 透明陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧 化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物 透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温， 绝缘性好。可用于高压钠灯、激光器和高温 探测窗等。 • 超导陶瓷在某一临界温度下电阻为 零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗 等领域。 探·知识奥秘 任务5：请同学们分组讨论什么是碳纳米材料吗？它有哪些用途？请观看视频并总结！ 讨论任务 二、新型无机非金属材料 探·知识奥秘 3.碳纳米材料 二、新型无机非金属材料 (1)富勒烯——纳米王子 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称代表物：C60，C60的发现为纳米科学提供了重要研究对象，开启了纳米材料研究和应用的新时代。 探·知识奥秘 二、新型无机非金属材料 3.碳纳米材料 (1)富勒烯——纳米王子 纳米车的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是4个“巴基球”做成的轮子。“巴基球”是由60个碳原子构成的纳米级球状分子，具有很多新奇的特性，在纳米技术研究中很受科学家重视。 电子显微镜下观察到的纳米汽车 纳米车的轮子可滚动 探·知识奥秘 3.碳纳米材料 二、新型无机非金属材料 (2)碳纳米管——直达宇宙的太空天梯 碳纳米管可以看成是由石墨片卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，具有高强度和电学性能，用于生产复合材料，电池、传感器。 探·知识奥秘 3.碳纳米材料 二、新型无机非金属材料 (3)石墨烯——新材料之王 只有一个碳原子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。作为一种强度高用于光电器元件、超级电容器、电池和复合材料等。 析·典型范例 【例3】判断正误 (1)生产光导纤维的原料是二氧化硅(　　) (2)SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧化物(　　) (3)因为Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强(　　) (4)水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2(　　) (5)CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似(　　) (6)可以通过SiO2与水反应一步制得硅酸(　　) (7)金刚砂和金刚石结构类似，互为同素异形体(　　) × √ × √ × × × 二、新型无机非金属材料 理·核心要点 无机非金属材料 硅酸盐材料 新型无机非金属材料 材料分类 硅酸盐 硅和二氧化硅 新型陶瓷 硅酸盐材料 碳纳米材料 练·技能实战 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 B 2. 下列有关硅的说法不正确的是(　　) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反 C 练·技能实战 3.化学创造美好生活，下列说法错误的是 A．超导陶瓷可应用于磁悬浮技术 B．手机芯片和光导纤维的主要成分都是硅单质 C．光化学烟雾和臭氧层空洞的形成均与NOx有关 D．SiC硬度很大，可用作砂轮的磨料，是一种新型无机非金属材料 B 4.光纤通信是一种现代化的通讯手段，光纤通信容量大，一对光纤上可同时传送3万门电话。制造光导纤维的主要原料是SiO2，则SiO2属于 A．酸 B．碱 C．盐 D．酸性氧化物 D 练·技能实战 5.高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。从石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应流程如下： 下列说法不正确的是 A．制备粗硅的反应方程式为 B．反应①②③均为氧化还原反应 C．流程中HCl和H2可以循环利用 D．反应②与反应③互为可逆反应 D 感谢 您的聆听 THANKS 人教版2019必修第一册 https://www.zxxk.com/user/13354804 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $null