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

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 思+议： 1.硅地壳中含量排位是？在自然界中存在形式是？ 原子结构示意图？ 硅+氢氧化钠/HF 如何反应？（导学案28页，写在课本21页，） 如何制备高纯硅？ 硅的用途是？ 2.二氧化硅的空间结构是？ 二氧化硅+氢氧化钠/HF 如何反应？（写在课本21页） 二氧化硅的用途？ 3.硅酸盐材料的主要成分以及原料？ 4.阅读课本25页，3.4题目，思考氢氧化钠存放时，不能用磨口玻璃塞的原因？ 5.了解硅酸钠。 (1)含量：在地壳中，硅的含量排第二。 硅是一种亲氧元素，在自然界仅以 的形式存在， 主要形式是： 。 1.硅 化合态 硅酸盐 氧化物(如：水晶、玛瑙、石英) (如：地壳中大多数矿物) (2)硅的物理性质 带有金属光泽的灰黑色固体，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 (3)硅的化学性质 1.硅 硅的原子结构示意图为 . 最外层有 个电子，反应中既不容易得到电子， 也不容易失去电子，故化学性质不活泼。 4 思考1：硅常温下很稳定，但是只和F2、氢氟酸、强碱反应，反应式为？： Si＋2F2=SiF4 Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑（只与此酸反应） Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑ (3)硅的化学性质 1.硅 突破点：唯一 一种既与酸反应，也与碱反应的非金属单质 思考2：加热时，硅和氧气、氯气如何反应？ Si+2Cl2=SiCl4 △ Si+O2=SiO2 △ Si+C ==SiC 高温 碳化硅(俗名：金刚砂) (4)硅的制备: 工业上，用焦炭在高温下还原石英砂可制得粗硅。再提纯，得到高纯硅。 SiO2+2C === Si+2CO↑ 高温 Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑ 300 ℃ SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl 1100 ℃ 思考1： 比较第一个反应式中的还原性强弱？ 回顾C和Si的非金属性强弱？ 还原性：C >Si 非金属性：C >Si 注意： 产物是CO， 不是CO2. (5)硅的用途: 半导体材料， 用于集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等 2.二氧化硅 统称硅石 思考1：二氧化硅空间结构是？ 硅氧四面体（空间网状） 熔沸点高、硬度大、不溶于水 思考2：二氧化硅不溶于水，不和水反应，那应如何制备硅酸？ 思考2：每个硅周围氧原子数是？每个氧周围硅原子数目是？ 每个硅周围氧原子数是：4 每个氧周围硅原子数目是：2 注意： SiO2是原子晶体，不是分子晶体，里面不存在分子。 2.二氧化硅 思考1：二氧化硅+HF/NaOH 如何反应？ SiO2 + 4HF === SiF4 ↑+2H2O ——唯一能与SiO2反应的酸 用途：刻蚀玻璃 SiO2+2NaOH === Na2SiO3+H2O 思考2：根据以上反应，能证明二氧化硅是两性氧化物吗？ 不是，只能与氢氟酸一种酸反应，并且SiF4 不是盐。 SiO2是酸性氧化物。 2.二氧化硅 2.二氧化硅 酸性氧化物 SiO2 + CaO ==== CaSiO3 高温 SiO2+2NaOH === Na2SiO3+H2O SiO2 + Na2O ==== Na2SiO3 高温 与强碱溶液反应： 与碱性氧化物反应： 与碳酸盐反应 SiO2 + Na2CO3 ==== Na2SiO3 +CO2 ↑ 高温 SiO2 + CaCO3 ==== CaSiO3 +CO2 ↑ 高温 工业生产玻璃原理 用途: 光导纤维、石英坩埚、建筑材料、电器部件 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。 注意：光导纤维导光不导电。 2.二氧化硅 3.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。 陶瓷 玻璃 水泥 1．硅酸盐 （1）定义：由Si、O、金属（铝、铁、钙、镁、钾、钠等）等元素组成的化合物的总称。 （2）书 写 用盐的化学式表示，如Na2SiO3 用氧化物形式表示，如Na2O· SiO2 写成氧化物的原则：x 金属氧化物· y SiO2 · z H2O 注意事项：①元素化合价不变②原子比例不变 ③多种金属同时存在，活泼的写在前面 思考1：CaSiO3用氧化物形式如何表示？ 钠长石(NaAlSi3O8)呢？ CaO · SiO2 Na2O·Al2O3·6SiO2 （3）硅酸盐的结构： 在硅酸盐中，Si和O构成了____________，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O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。其结构示意图为 硅氧四面体 （4）硅酸盐的物理性质： 多数具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。 3.硅酸盐材料 陶瓷 原料： 历史： 应用： 黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐) 青花瓷、唐三彩 生产建筑材料、 绝缘材料、 日用器皿、 卫生洁具等 反应条件： 高温烧结 新石器时代就能烧制 唐宋时期达到鼎盛： 3.硅酸盐材料 玻璃 原料： . 应用： 纯碱、石灰石和石英砂(SiO2) 主要成分： . 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 Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 反应方程式： SiO2 + Na2CO3 ==== Na2SiO3 +CO2 ↑ 高温 SiO2 + CaCO3 ==== CaSiO3 +CO2 ↑ 高温 ·课堂探究· 水泥 原料： . 工业设备： 黏土、石灰石 水泥回转窑 混凝土： 水泥、沙子和碎石等与水混合 石膏的作用： 条件： 高温煅烧 调节水泥硬化速率 3.硅酸盐材料 4、新型无机非金属材料 1.硅、二氧化硅 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、磁学等方面有很多新的特性和功能。 分类 举例或用途 高温结构陶瓷 氮化硅(Si3N4)陶瓷、碳化硅(SiC)陶瓷 透明陶瓷 氧化铝(Al2O3)陶瓷、氧化钇(Y2O3)陶瓷 压电陶瓷 以钛酸钡(BaTiO3)和钛酸铅(PbTiO3)等为主要成分 超导陶瓷 用于电力 交通 医疗等领域 3．碳纳米材料 5、知识应用 思考：氢氧化钠存放时，不能用磨口玻璃塞的原因？ 玻璃中含有二氧化硅，和氢氧化钠发生反应： 硅酸钠具有粘合力强，耐高温的特性，会将塞子和瓶身粘在一起。 SiO2+2NaOH === Na2SiO3+H2O 思考：将一片纸放在硅酸钠溶液中，润湿后，发现纸不会燃烧， 问硅酸钠有什么用途？ 可以做防火剂 5、知识应用 思考：二氧化硅不溶于水，不和水反应，应如何制备硅酸？ （1）用盐酸和硅酸钠溶液 Na2SiO3+2HCl= （2）向硅酸钠溶液中通入CO2 2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3 课堂检测 1. 下列关于二氧化硅的叙述正确的是（　　） A．SiO2能与水反应生成硅酸 B．SiO2与CO2的结构相同 C．SiO2用于太阳能电池 D．SiO2与氢氧化钠反应生成的盐储存在带橡胶塞的试剂瓶中 D 2. 下列关于硅酸的说法正确的是（　　） A．硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得 B．可用反应Na2SiO3+2HCl === 2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸 C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠 B D 23 4. （1）硅酸盐材料是重要的传统无机非金尾材料，也是日常生活、交通工具、建筑行业等不可缺少的材料之一。下列不属于硅酸盐产品的是　 　(填写序号) ①光导纤维 ②水泥 ③玻璃 ④陶瓷 （2）玻璃是重要的建筑和装饰材料，玻璃属于　 (填“纯净物”或“混合物”)。有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中的二氧化硅的腐蚀作用而制成的，写出该反应的化学方程式　 。 （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1300℃反应获得氮化硅，该反应属于化学反应基本类型中的　 　反应；已知氮化硅中硅元素的化合价为+4价，则氮化硅的化学式为　 　。 化合 ① 混合物 SiO2+4HF === SiF4↑+2H2O Si3N4 24 3．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是(　　) A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带有磨口玻璃塞的试剂瓶中 B．氢氟酸可用带橡胶塞的玻璃试剂瓶保存 C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料 D．水玻璃在空气中变质生成H2SiO3沉淀 $