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（2019）必修第二册

该高中化学课件聚焦无机非金属材料，涵盖传统硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）与新型材料（硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料）。以“中国-瓷器-china”文化关联导入，通过“组成-结构-性质-用途”逻辑链衔接前后知识，搭建从宏观用途到微观结构的学习支架。 其亮点在于融合文化传承与学科逻辑，以硅氧四面体结构解析硅酸盐材料共性，通过对比传统与新型材料培养科学思维。设置工业制硅流程分析、离子方程式书写等探究活动，落实化学观念与科学探究。助力学生构建知识体系，提升解决实际问题能力，为教师提供结构化教学素材与素养导向的教学设计思路。

四川大学附属中学 高一化学备课组 第五章　第三节 无机非金属材料 第1课时　无机非金属材料 “中国”——“china”——“瓷器” china是“瓷器”的意思。北宋景德镇瓷窑出现，在南宋时兴起，后名扬世界，成为瓷都。英商十分喜爱中国瓷器，便用 “china”为中国英文名称。 提出问题 核心素养 发展目标 核心问题： 通过对比分析传统与新型无机非金属材料的组成、结构与性能，掌握“组成-结构-性质-用途”之间的决定关系，建立从化学视角认识与评价材料性能并预测其应用前景的科学思维模型。 3 1.无机非金属材料 从组成上看，许多无机非金属材料含有 等元素，具有 、 、 等特点，以及特殊的 、 等性能。 硅、氧 耐高温 抗腐蚀 硬度高 光学 电学 组成元素，特点及结构？ 陶瓷 玻璃 水泥 解决问题 一、硅酸盐材料 2. 常见的硅酸盐材料 ——陶瓷、玻璃、水泥 原料： 用途： 黏土 (主要为含水的铝硅酸盐) 性能： 设备： 陶瓷窑 耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定 陶瓷 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 原料： 用途： 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) 性能： 设备： 玻璃窑 透光性好、硬度大、无固定熔点 玻璃 建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等 主要成分： 硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) 2. 常见的硅酸盐材料 ——陶瓷、玻璃、水泥 原料： 用途： 石灰石、黏土、辅料：适量的石膏 性能： 设备： 水泥回转窑 遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定 水泥 大量用于建筑和水利工程 2. 常见的硅酸盐材料 ——陶瓷、玻璃、水泥 调节硬化速率 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，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。写出其中发生反应的化学方程式。 提示　Na2CO3+SiO2 CO2↑+Na2SiO3、 CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑。 思考 1 为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？ 提示　在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体(结构如图所示)：硅氧四面体结构的特殊性，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。 思考 2 课后作业P25 Na2SiO3 Si+2H+===H2SiO3↓ Si+2CO2+2H2O===H2SiO3↓+2HC 用途 物理性质 化学性质 拓展知识 硅酸盐改写为氧化物的形式规则 例：Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为Na2O·Al2O3·6SiO2 一般规则：碱性氧化物、两性氧化物、酸性氧化物、水（x MO·nSiO2·mH2O） 注意： ①氧化物之间以“•”隔开 ②系数配置出现的分数应化为整数．如：正长石KAlSi3O8 不能改写成K2O · Al2O3 · 3SiO2，应改写成K2O · Al2O3 · 6SiO2  ③金属氧化物在前（活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物），非金属氧化物在后，若同一元素有变价，那么低价在前，高价在后，H2O一般写在最后 拓展知识 1.判断正误 (1)铜官窑彩瓷是以黏土为主要原料，经高温烧结而成 (2)石灰石是制造玻璃和水泥的主要原料之一 (3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化 (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行 √ √ √ √ 应用体验 2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。 (1)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式是_____________________。 (2)过量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，反应的离子方程式是________ _______________________________。 Si+2H+===H2SiO3↓ Si+ 2CO2+2H2O===H2SiO3↓+2HC 硅酸(H2SiO3)的性质 (1)难溶于水的弱酸，其酸性不能使石蕊溶液变红。 (2)与碱反应：H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。 (3)不稳定，受热易分解：H2SiO3 H2O+SiO2。 归纳总结 1.硅和二氧化硅 (1)硅 ①硅元素位于元素周期表第 周期、第 族，处于金属与非金属的过渡位置。其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最广泛的_____ 材料。 三 ⅣA 半导体 硅晶体 不易得电子，也不易失电子，化合价为+4 二、新型无机非金属 ②存在形式：硅酸盐和氧化物（亲氧元素）（化合态） ③物理性质：晶体硅有金属光泽，灰黑色固体硬度大，质地脆，熔点高，导电性介于导体和绝缘体之间 ④化学性质：化学性质不活泼 常温下，可与氢氟酸、氟气、强碱反应 Si+4HF=SiF4↑+2H2↑、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ 加热下，可与氧气、氯气反应 Si+O2=SiO2、Si+2Cl2=SiCl4 ⑥粗硅的制备 工业上用焦炭还原石英砂可以制得含少量杂质的粗硅， 。 △ △ SiO2+2C Si+2CO↑ 石英砂 + 焦炭 高纯度单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： 其中涉及的主要反应的化学方程式是什么？ 答　①SiO2+2C Si+2CO↑； ②Si+3HCl SiHCl3+H2； ③SiHCl3+H2 Si+3HCl。 思考 1 阅读情景素材，回答下列问题： 素材1　SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。例如，SiO2与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3。 素材2　氢氟酸是HF的水溶液，可与SiO2发生反应生成SiF4气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。 思考 2 (1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？ 答　SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。 (2)能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸？若不能，写出化学方程式，简述理由。 答　不能，玻璃中含有二氧化硅，能被氢氟酸腐蚀，发生反应的化学方程式为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。 (3)为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ 答　NaOH能与磨口玻璃塞中的SiO2反应，生成具有黏性的Na2SiO3，把瓶塞与瓶口黏结在一起。 (4)SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3？由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。 答　不能，因为SiO2与水不反应。SiO2 Na2SiO3 H2SiO3。 化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O，Na2SiO3+H2O+CO2=== Na2CO3+H2SiO3↓。 （2）二氧化硅的性质 物理性质： 水晶 石英坩埚 熔点高、硬度大、难溶于水 化学性质：不与水、一般的酸反应 SiO2+CaO === CaSiO3 高温 SiO2+4HF===SiF4 ↑+2H2O 与一般的酸不反应 SiO2＋2NaOH === Na2SiO3＋H2O ①酸性氧化物 ④ 特性 ②弱氧化性 SiO2+2C === Si+2CO ↑ 高温 存在：天然二氧化硅有晶体和无定形两种。硅石、石英、水晶、玛瑙、硅藻土、沙子等主要成分都是SiO2 ③盐 Na2CO3+SiO2 CO2↑+Na2SiO3、CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑。 (3)硅和二氧化硅的用途 ①高纯硅用于制造 和 。 ② 用于生产光导纤维。 芯片 硅太阳能电池 二氧化硅 光导纤维 高纯硅： 二氧化硅： 芯片 太阳能电池板 2.新型陶瓷 (1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 (2)特性和功能：在 、 、 、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 (3)碳化硅(SiC)俗称 ，具有类似金刚石的结构，可用作磨料，还具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 (4)常见的类型：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。 光学 热学 电学 金刚砂 2.新型陶瓷 (1)组成：不再限于传统的硅酸盐体系。 (2)特性和功能：在 、 、 、磁学等方面具有很多新的特性和功能。 光学 热学 电学 金刚砂 高温结构陶瓷 压电陶瓷蜂鸣器 透明陶瓷 (高压钠灯) 超导陶瓷线圈 成分：碳化硅(SiC) 性能：硬度大、耐高温、抗氧化 主要应用：砂纸和砂轮的磨料、耐高温半导体材料 金刚砂 高温结 构陶瓷 成分：碳化硅、氮化硅、金属氧化物 性能：耐高温、抗氧化、耐腐蚀 主要应用：火箭和汽车发动机、高温电极材料等 2. 新型陶瓷 教材P23 科学∙技术∙社会 压电陶瓷 成分：钛酸盐、锆酸盐等 性能：机械能与电能相互转化 主要应用：滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 成分：氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷； 氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷等 性能：具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好 主要应用：高压钠灯、激光器和高温探测窗等 性能：临界温度下电阻为零，具有超导性； 主要应用：用于电力、交通、医疗等领域。 超导陶瓷 3.碳纳米材料 碳纳米材料主要包括 、 、 等，广泛应用于能源、信息、医药等领域。 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 石墨烯电池 新型材料 结构 性能 用途 富勒烯 由 构成的一系列笼形分子的总称，如C60 — 制碳纳米材料 碳纳米管 由 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 生产复合材料、电池和传感器等 石墨烯 只有 厚度的单层石墨 电阻率低、热导率高，具有很高的强度 光电器件、超级电容器、电池、复合材料等 石墨片层 一个碳原子直径 碳原子 1.判断正误 (1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用作半导体材料 (2)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维 (3)二氧化硅是酸性氧化物，所以能溶于水且可与水反应生成硅酸 (4)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 (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)用瓷坩埚加热熔化NaOH固体 √ √ × × × × 应用体验 2.工业上制备高纯硅的流程如图。下列说法不正确的是 A.硅元素在自然界中均以化合态形式存在 B.步骤①中的反应为SiO2+C　　Si+CO2↑ C.步骤②产生的H2与步骤③产生的HCl可循环使用 D.步骤①、②和③均属于置换反应 √ 一、概念结论 传统硅酸盐材料：玻璃、水泥、陶瓷 二氧化硅：SiO₂，酸性氧化物，用于光导纤维 新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、光导纤维等 二、思想方法 分类法、材料视角、结构与性质关系 三、价值观念 化学在材料科学中的核心地位 - 新材料对科技进步的推动作用 - 传统工艺与现代科技的融合 反思提升 1.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。由石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下： 下列说法错误的是 A.反应①②③均为置换反应 B.SiO2能溶于烧碱溶液和氢氟酸，故为两性氧化物 C.X为CO D.流程中HCl和H2可以循环利用 √ 评价反馈 2.硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。请回答下列问题： (1)下列物质不属于硅酸盐的是　　　　(填字母)。  A.陶瓷　 B.玻璃　 C.水泥　 D.生石灰 (2)可用于制作计算机芯片和太阳能电池的是　　　　(填化学式)，SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为 　　　　　　　　 　　　　。 D Si SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (3)工艺师常用　　　　(填物质名称)来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为　　　　　　 　　　　　。  (4)工业上常用2C+SiO2 Si+2CO↑制备硅单质，该反应中有元素化 合价升高的物质是　　　(填化学式，下同)，氧化剂是　　　。  氢氟酸 SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O C SiO2 本节课结束 $