5.3.1无机非金属材料 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

该高中化学课件围绕无机非金属材料展开，系统涵盖传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）和新型材料（硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料），通过“思+议”12个问题导入，搭建从硅的存在形式、硅酸盐结构到材料性质与应用的学习支架。 其亮点在于用表格梳理传统材料的原料、成分及用途，强化“物质结构决定性质，性质决定用途”的化学观念。结合反应方程式书写、例题分析及课堂小练，培养科学思维的证据推理能力，助力学生系统掌握知识，也为教师提供丰富互动资源提升教学效率。

5.3 无机非金属材料 金属材料（金属/合金） 材料 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 (以硅酸盐材料为主) 思+议： 1、硅在自然界中存在形式是？原子结构示意图？ 2、硅酸盐中，硅、氧元素构成的空间结构是什么？ 3、硅酸盐的一般物理性质有哪些通性？ 4、传统无机非金属材料有哪些？ 5、陶瓷、玻璃、水泥的主要成分什么？原料是什么？ 6、请根据“玻璃的原料和成分”，写出相关的化学反应方程式。 7、新型无机非金属材料有哪些？ 8、高纯硅的制备流程是什么？硅、二氧化硅有哪些用途？ 9、课本25页，将3.4题化学反应式写在21页空白处。 10、硅会和氢氧化钠溶液反应，产生氢气和硅酸盐，写出反应式。 11、Si与HF反应生成SiF4 和气体，写出反应式。 12、新型陶瓷有哪些？碳纳米材料有哪些？ 一、传统无机非金属材料 传统非金属材料多为硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥三大类。 硅酸盐的物理性质： 多数具有 等特点。 硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀 硅酸盐 （1）定义：由Si、O、金属（铝、铁、钙、镁、钾、钠等） 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 一、传统无机非金属材料---陶瓷 陶瓷 原料 历史 应用 黏土 ( 含水的铝硅酸盐 )高温烧结 china 瓷都 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 新石器时代就能烧制 唐宋时期达到鼎盛：唐三彩 一、传统无机非金属材料---玻璃 玻璃 成分 原料 原理 应用 Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 纯碱、石灰石和石英砂 含铅的光学玻璃，加硼酸盐制实验室玻璃仪器，加金属氧化物得彩色玻璃 SiO2 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3 + CO2↑ 高温 CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑ 高温 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 一、传统无机非金属材料---水泥 水泥 原料 石膏 条件 水泥回转窑中高温煅烧 水泥、沙子、碎石和水混合制作混凝土 应用 调节水泥硬化速率 黏土、石灰石 一、传统无机非金属材料小结 产品 原料 设备 主要成分 性能 用途 陶瓷 陶瓷窑 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 玻璃 透光性好、硬度大、无固定熔点 水泥 遇水逐渐变硬(水硬性)硬化后性质稳定 黏土 黏土、石灰石、适量石膏 玻璃窑 水泥回转窑 含水的铝硅酸盐 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 建筑材料、日用器皿、卫生洁具等 建筑材料、各种器皿、光学仪器等 用于建筑和水利工程 纯碱、石灰石、 石英砂 2. 常见的硅酸盐材料 二、新型无机非金属材料 新型无机非金属材料：满足科技发展的需要，应用于高端领域，含有硅、碳、氮等元素 二、新型无机非金属材料 第三周期、第ⅣA族 +16 2 8 4 (1)硅 1. 硅和二氧化硅 ①硅的含量：在地壳中，硅的含量排第二。 硅是一种亲氧元素（无游离态），硅在自然界存在形式是： 。 硅酸盐 氧化物(如：水晶、玛瑙、石英) (如：地壳中大多数矿物) 硅单质 硅，金属光泽的灰黑色固体，熔沸点高、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，高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。 拓展：金刚石和晶体硅的结构相似。在晶体中，每个碳硅原子都以共价键与相邻4个碳（硅）原子结合，形成正四面体的立体网状。所以，金刚石和晶体硅的熔沸点都很高，硬度也很大。 硅单质化学性质 加热 Si+O2 === SiO2 加热 Si+Cl2 === SiCl4 高温 Si+C === SiC(金刚砂) Si+2F2 === SiF4 Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑ Si+4HF === SiF4↑+2H2↑ (与唯一酸反应) ① 常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF、NaOH等溶液反应。 ② 在加热条件下，单质硅能与Cl2、 O2、C等非金属单质反应。 制取硅单质 ① SiO2 + 2C Si + 2CO↑ 1800 0C ~ 2000 0C ② Si + 3HCl SiHCl3 + H2 300 0C ③ SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 1100 0C 高温 SiO2+2C === Si+2CO↑ (1)粗硅的制取 注意产物不是CO2 (2)高纯硅的制取 二氧化硅 沙子 纯净的二氧化硅 无色透明 SiO2 玛瑙 石英砂 水晶 二氧化硅 ⑴ 存在形式 硅藻土 石英、水晶、玛瑙、沙子 结晶形： 无定形： 统称硅石 空间构型：硅氧四面体（空间网状） 熔沸点高、硬度大、不溶于水 ⑵ 物理性质 SiO2是二氧化硅的化学式(表示组成)而不是分子式，没有SiO2分子，它是原子晶体 Si原子和O原子比例=1：4×=1:2 P25 课后习题3： 氢氟酸是HF的水溶液，与SiO2反应生成SiF4和水，写出反应式。 课后习题4： SiO2是一种酸性氧化物，与强碱溶液反应。如和氢氧化钠反应生成 Na2SiO3和水。写出反应式。 二氧化硅 ①酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性 a. SiO2 不溶于水，不与水反应 b.SiO2 可与碱性氧化物反应 SiO2 + CaO CaSiO3 高温 c.SiO2 可与强碱反应 SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O ③特性：SiO2 可与氢氟酸（HF）反应 SiO2 + 4HF SiF4↑ + 2H2O (3) 化学性质 ②弱氧化性： SiO2+2C === Si+2CO ↑ 高温 俗称：泡花碱 二、新型无机非金属材料 硅芯片 硅太阳能电池板 光导纤维(SiO2) (3) 硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅用于制造芯片和硅太阳能电池。 ②二氧化硅用于生产光导纤维。 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 压电陶瓷 以钛酸钡(BaTiO3)和钛酸铅(PbTiO3)等为主要成分 透明陶瓷 氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)等氧化物透明陶瓷和 氮化铝（AlN)、氟化钙(CaF2)等非氧化物透明陶瓷 超导陶瓷 用于电力 交通 医疗等领域 思考：SiC可以用二氧化硅和焦炭高温反应制备，请写出反应式。 SiO2 + 3C = SiC + 2CO 高温 二、新型无机非金属材料 纳米汽车 富勒烯 包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景 3. 碳纳米材料 富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60，可制碳纳米材料。 二、新型无机非金属材料 碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。 二、新型无机非金属材料 石墨烯电池 石墨烯是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。其在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。 3、新型陶瓷 1、单晶硅 2、光导纤维(SiO2) 高温结构陶瓷(SiC、Si3N4) 压电陶瓷 透明陶瓷 超导陶瓷 4、碳纳米材料 ：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等 新型无机非金属材料 新型无机 非金属材料 补充---硅胶 硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。 蓝色硅胶干燥剂（氯化钴） 橙色硅胶干燥剂（甲基紫） 硅胶：可作干燥剂和催化剂的载体。 硅酸（H2SiO3）物理性质 颜色：白色 状态：胶状固体 溶解性：不溶于水 硅酸（H2SiO3）的化学性质 弱酸性：(酸性： HCl > H2CO3 > H2SiO3) 如何制备H2SiO3 提示：强酸制弱酸 Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 ↓ Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 +H2SiO3 ↓ 不能使指示剂变色 不稳定性：（受热易分解） H2SiO3 H2O + SiO2 加热 补充---硅酸钠 1. 性质 制备硅胶、木材防火剂、 肥皂填充剂、黏胶剂 相对稳定、不能燃烧、不易被腐蚀，水溶液有黏性 Na2SiO3水溶液俗称：水玻璃 2. 用途 Na2SiO3＋CO2＋H2O === H2SiO3(胶体)＋Na2CO3 判断： (1)硅晶体是生产芯片的基础原料。(　　) (2)生产光导纤维的原理是二氧化硅。（　　) (3)二氧化硅是酸性氧化物，只能和碱反应，不与酸反应。(　　) (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)富勒烯和石墨完全燃烧的产物都是二氧化碳。（ ） (7)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(　　) (8)因为Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑， 所以硅酸的酸性比碳酸强(　　) √ √ × × × √ × × 课堂小练 判断正误 (1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料(　　) (2)石英砂可用于生产单晶硅(　　) (3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可与水反应(　　) (4) 碳化硅硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料 (　　) (5)向硅酸钠溶液中通入适量CO2，出现白色沉淀，证明碳的非金属性强于 硅(　　) × √ × √ √ (6)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(　　) √ 课堂小练 ( 2022 ·杭州高一检测)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( ) A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物 B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸 C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强 D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐 不溶于水 硅酸的酸性比碳酸的弱 二氧化硅 B 【例2】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 D 4. 能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（　　） A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2 D．CO2是气体，而SiO2是固体 B 32 探究课堂 【例5】碳纳米管、石墨烯、C60等新型碳材料具有广阔的应用前景。下列说法正确的是(　　) C A.碳纳米管属于胶体 B.石墨烯属于有机化合物 C.C60与金刚石互为同素异形体 D.均具有相同的熔点 二氧化硅（SiO2）——物理性质 石英坩埚 玛瑙研钵 石英钟表 坩埚 水晶饰品 光导纤维 玛瑙饰品 玻璃 沙子、鹅卵石、水晶、玛瑙、石英坩埚（主要成分均为SiO2） 35 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 $