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，系统介绍传统硅酸盐材料（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）的原料、性能及用途，通过生活实例导入材料定义与分类，搭建从生活现象到化学概念的学习支架。 其亮点在于融合化学观念（结构决定性质，如硅氧四面体结构决定硅酸盐特性）和科学思维（问题驱动探究，如硅制备流程分析），结合具体反应方程式与应用实例（如芯片、光导纤维），助力学生建立知识联系，提升科学态度与责任，便于教师高效开展教学。

第五章 第三节 无机非金属材料 年级：高一 学科：化学 通过阅读和讨论，了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、 性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用。 通过学习，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发挥的作用。 学习目标 结合身边的生活用品、电子产品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料的作用。 没有感光材料，我们就无法留下回忆。 没有高纯度硅，就很难有今天的电脑。 没有特殊的高分子，火箭就很难上天。 什么是材料呢？材料是如何分类的？ 3 材料（Material）： 可用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质，是人类赖以生成和发展的基础。 根据属性划分: 可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。 根据用途划分: 可分为电子材料、建筑材料、能源材料等。 资料：材料简介 无机非金属材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 无机非金属材料根据组成、性能和应用的不同可分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。 硅酸盐材料 陶瓷、玻璃、建筑用的水泥等都是硅酸盐材料 一、硅酸盐材料 一、硅酸盐材料 1. 陶瓷 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 生产过程：原料经高温烧结发生复杂的化学变化 一、硅酸盐材料 反应原理： Na2CO3＋SiO2 ==== Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋ SiO2 ==== CaSiO3＋CO2↑ 玻璃 原料： 工业设备： 应用： 纯碱、石灰石和石英砂 玻璃窑 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 2. 玻璃 生产过程：原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融， 发生复杂的物理和化学变化而制得 高温 高温 一、硅酸盐材料 水泥 原料： 工业设备： 黏土和石灰石 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 石灰石 黏土 按比例 混合磨细 回转窑 生料 水泥 煅烧 熟料 加石膏 磨粉 3. 水泥 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。为什么会有这些特点呢(根据结构考虑)？ 硅氧四面体结构示意图 在硅酸盐中，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；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接。硅氧四面体结构的特殊性决定了这些特点。 一、硅酸盐材料 思考 硅酸盐结构 形成共价键 第三周期ⅣA族 亲氧元素 最外层电子数为4，原子既不容易失去电子，也不容易得到电子。 1.硅 在自然界中以二氧化硅和硅酸盐形式存在。 二、新型无机非金属材料 硅的同素异形体 晶体硅 无定型硅 灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体； 熔、沸点高、硬度大； 晶体硅是良好的半导体。 1.硅 二、新型无机非金属材料 （1）物理性质 （2）化学性质 碳化硅 （俗名：金刚砂） 常温下很稳定，硅只与F2、氢氟酸、强碱溶液等发生反应。 与氟气反应： Si+2F2 === SiF4 与氢氟酸反应： Si+4HF === SiF4↑+2H2↑ Si+2NaOH+H2O ==== Na2SiO3+2H2 与强碱溶液反应： 加热时，能和O2和Cl2等非金属单质反应。 Si+O2 ==== SiO2 △ Si+2Cl2 ==== SiCl4 △ Si+C ==== SiC 高温 1.硅 二、新型无机非金属材料 【问题1】结合硅在自然界的存在形式，工业上用什么作为原料制备硅？ 【问题2】从元素价态角度，要使二氧化硅转化为硅，应加入何种物质？ 【问题3】工业上用焦炭在高温下还原二氧化硅制取硅单质。 试写出反应的化学方程式。 工业用二氧化硅为原料制备硅。 加入还原剂 SiO2 + 2C Si + 2CO↑ 高温 用力拉出氧原子 1.硅 思考 二、新型无机非金属材料 （3）高纯硅的制备 石英砂 1 800~ 2000 ℃ 粗硅 300 ℃ SiHCl3 1 100 ℃ 高纯硅 焦炭 HCl H2 1.硅 二、新型无机非金属材料 SiO2+2C Si+2CO↑ 1 800~2 000℃ Si+3HCl SiHCl3+H2 300 ℃ SiHCl3+H2 Si+3HCl 1 100 ℃ 1.硅 二、新型无机非金属材料 价值5元的沙子 价值5000元的芯片 点沙 成金 计算机芯片 光伏电站 硅太阳能电池 （4）硅的用途 1.硅 二、新型无机非金属材料 2.二氧化硅 二、新型无机非金属材料 （2）物理性质 常温下为固体，不溶于水，硬度大，熔、沸点高 (1) 晶体结构 硅氧正四面体形成的空间网状结构 ， 性质很稳定 SiO2+ Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ 高温 与某些盐反应： SiO2+ CaCO3 CaSiO3+CO2↑ 高温 ——酸性氧化物 （3）SiO2化学性质 与碱反应生成盐和水： SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应生成盐： SiO2+ CaO CaSiO3 高温 烧制玻璃的主要反应 2.二氧化硅 二、新型无机非金属材料 与氢氟酸(HF) 反应 ——常用于雕刻玻璃 特性： SiO2 +4HF SiF4↑ + 2H2O 2.二氧化硅 二、新型无机非金属材料 硅胶 (酸性干燥剂) 硅酸是一种弱酸，比碳酸弱，不能使紫色石蕊变红；不溶于水 拓展——硅酸 Na2SiO3+2HCl == H2SiO3(胶体)+2NaCl Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3 硅酸钠是白色固体，易溶于水， Na2SiO3水溶液俗称水玻璃或泡花碱，水溶液显碱性，是一种矿物胶，耐火阻燃材料 光导纤维 石英坩埚 玛瑙 建筑材料 玻璃 （4）二氧化硅的用途 2.二氧化硅 二、新型无机非金属材料 3.新型陶瓷 二、新型无机非金属材料 新型材料 成分 性能 主要应用 金刚砂 ___________ 硬度 、耐___ ___、抗氧化 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 耐 、抗氧化、耐_____ 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 能实现 能和 能的相互转化 用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 碳化硅(SiC) 大 温 高 高温 腐蚀 机械 电 3.新型陶瓷 二、新型无机非金属材料 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；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、 好 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 临界温度下具有超导性 用于电力、交通、医疗等领域 绝缘性 碳化硅俗称金刚砂，其中 碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大。还具有优异的抗氧化性能。 3.新型陶瓷 二、新型无机非金属材料 耐高温的碳化硅陶瓷轴承 4.碳纳米材料 碳60 阅读课本，说一说碳纳米材料的种类及应用前景。 碳纳米管 石墨烯 二、新型无机非金属材料 物质 结构 性质 用途 富勒烯 由碳原子构成的一系列笼形分子的总称（代表物C60） 具有超导性 在电学、磁学、光学等方面都有重要应用。 碳纳米管 可看成是由石墨片层卷成的管状物 比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能 用于生产复合材料、电池和传感器等。 石墨烯 只有一个碳原子直径厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用正在不断深入。 二、新型无机非金属材料 陶瓷 无机非金属材料 新型无机非金金属材料 硅和二氧化硅 硅酸盐材料 玻璃 新型陶瓷 水泥 碳纳米材料 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.生成陶瓷的主要原料是黏土 C.普通玻璃的主要成分只有SiO2 D.普通硅酸盐水泥的生产以石灰石和黏土为主要原料 C 普通玻璃的主要成分为硅酸钙、硅酸钠和二氧化硅。 【练习】 2.用石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下： ①SiO2+2C ====Si(粗)+2CO↑；②Si(粗)+2Cl2 ===== SiCl4 ③SiCl4+2H2 ==== Si(纯)+4HCl 关于上述反应说法不正确的是（ ） A.①③是置换反应，②是化合反应 B.高温下，焦炭与氢气的还原性强于硅 C.任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子 D.高温下炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅 D 加热 高温 加热 【练习】 3.《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事天文等领域的发展受到世界瞩目。 它们都与化学有关，下列说法正确的是（ ） A.“中国天眼”的眼眶是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料 B.“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机非金属材料 C.“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 D.“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅 C 【练习】 4.我国火星探测器“天问一号”探测器使用了质量轻、强度高、刚性好、 宽温度范围下尺寸稳定的新型SiC增强铝基复合材料，下列说法错误 的是 （ ） A.SiC是一种新型硅酸盐材料 B.SiC俗称金刚砂，具有类似金刚石的结构 C.SiC中的碳原子和硅原子通过共价键连接 D.SiC具有优异的高温抗氧化性能 A 【练习】 $