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、二氧化硅等）的原料、成分、性质及用途。课堂导入通过视频问题（42号混凝土、螺丝钉材料，石矶娘娘与孙悟空灼烧现象）创设情境，引导学生从生活实例过渡到材料分类与性质的学习，搭建“生活-分类-结构-性质-用途”的学习支架。 其亮点在于以科学思维和科学探究与实践为核心，通过预设问题（如酸性比较实验设计、玻璃塞与NaOH反应原理）引导学生证据推理，结合高纯硅制备流程等实践案例培养探究能力。融入《天工开物》史料题等实例，强化化学观念（结构决定性质）。学生能提升知识应用与探究能力，教师可依托丰富资源优化教学效率。

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 作者编号：35002 1 1.掌握常见硅酸盐材料（陶瓷、玻璃、水泥）的工业生产原料、设备、主要成分和特性。 2.知道普通玻璃的主要成分。 3.掌握硅、二氧化硅的性质及用途。 4.知道常见的新型无机非金属材料。 学习目标 作者编号：35002 预设及反馈问题 1.如何用氧化物的形式表示硅酸盐的成分？ 2.如何设计实验证明HCl、H2CO3、H2SiO3三种酸酸性的强弱？ 3.水泥制备过程加石膏的作用是？ 1.为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ 2.SiO2能与NaOH溶液反应，为什么能用玻璃瓶盛放NaOH溶液？ 3.SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH反应，因此它是两性氧化物？ 4.以SiO2为原料如何制备硅酸？ 作者编号：35002 课堂导入 视频中的42号混凝土是什么材料？螺丝钉是什么材料？ 为什么石矶娘娘被三味真火灼烧之后体积变小？但是孙悟空却不怕三味真火煅烧？ 作者编号：35002 4 材料按照特性来分： 无机非金属材料 金属材料: 高分子材料： 塑料、合成橡胶、合成纤维 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。 传统无机非金属材料：如玻璃、陶瓷、水泥 新型无机非金属材料：硅和二氧化硅、 新型陶瓷、碳纤维等 金属和合金 【思考】传统无机非金属材料由什么物质组成？有什么性质？ 作者编号：35002 任务一:硅酸盐材料 1. 概念 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。 2. 表示方法 由金属、硅、氧等元素形成的盐 ①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3 ②用氧化物的形式表示: 活泼金属氧化物•活较泼金属氧化物• SiO2•H2O 【思考】如何用氧化物的形式表示硅酸盐的成分？ 如Na2O•SiO2、CaO•SiO2 只是以氧化物的形式表示，但其本身属于盐 【思考】 高岭石:Al2Si2O5(OH)4 正长石:KAlSi3O8 钾云母:KH2Al3Si3O12用氧化物的形式如何表示？ K2O• 3Al2O3• 6SiO2 • 2H2O Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O K2O • Al2O3 • 6SiO2 作者编号：35002 6 3. 结构 大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等 有例外Na2SiO3 资料卡片 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，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。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。 硅酸盐的结构 4. 性质 作者编号：35002 5. 硅酸钠 与酸反应： Na2SiO3+2HCl === 2NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+2H2O+2CO2(过量) === 2NaHCO3+H2SiO3↓ Na2SiO3+H2O+CO2(少量) === Na2CO3+H2SiO3↓ 硅酸是高中阶段唯一不溶于水的固态酸 物理性质 俗称泡花碱，白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，可以用作粘合剂和防火剂。 化学性质 作者编号：35002 6. 硅酸 物理性质 化学性质 是一种难溶于水的弱酸，酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色 不稳定，受热易分解：H2SiO3=SiO2+H2O 与碱反应：H2SiO3 +2NaOH= Na2SiO3 +2 H2O 【思考】如何设计实验验证酸性HCl > H2CO3 > H2SiO3？ 作者编号：35002 任务二:传统无机非金属材料 1. 陶瓷 原料 性质 黏土 (主要成分为含水的铝硅酸盐) 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。 生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。 应用 作者编号：35002 地点：玻璃窑 2.玻璃 纯碱、石灰石、石英砂(主要成分是SiO2) 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 生产原料 用途 Na2SiO3、CaSiO3 、SiO2 主要成分 Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2↑ 高温 CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑ 高温 (没有固定的熔沸点) 该反应能否说明H2SiO3酸性强于H2CO3？ 作者编号：35002 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。 特种玻璃 加入元素或物质 玻璃特性 用途 含铅原料 光学玻璃:透光性好,折射率高 制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜 硼酸盐 耐化学腐蚀、耐温度急剧变化 制造可用于实验室使用的玻璃仪器 金属氧化物或盐 彩色玻璃 用于建筑和装饰 （Co2O3、CuO） 作者编号：35002 3.水泥 黏土、石灰石 生产原料 制作混凝土、大量用于建筑和水利工程 用途 原料混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入石膏调节水泥硬化速率。 成产过程 【注意】水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土。 作者编号：35002 任务三:新型无机非金属材料 1. 硅 第三周期第IVA族 处于金属与非金属的过渡位置 应用最广泛的半导体材料 位置 结构 存在 硅元素在自然界中的存在： 是亲氧、亲氟元素，在自然界中没有游离态，只有化合态 主要以硅酸盐和氧化物(如水晶、玛瑙)形式存在 硅矿石 水晶 玛瑙 主要成分：SiO2 作者编号：35002 高纯硅的制备 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。 该反应能否说明碳的还原性强于硅? 从沙滩到用户 作者编号：35002 性质 硅的性质不活泼 Si+4HF= SiF4↑+2H2↑ Si+2F2= SiF4 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3 +2H2↑ Si+O2= SiO2 Si+2Cl2= SiCl4 Si + C== SiC(金刚砂) 高温 硅的用途 独特的电学性能 (半导体材料) 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域 硅晶片用于生产芯片 硅太阳能电池 作者编号：35002 2. 二氧化硅 物理性质 硬度大，熔点高，不溶于水 化学性质 SiO2 酸性氧化物 与水反应？ 与碱反应 与碱性氧化物反应 SiO2不溶于水，也不与水反应 SiO2+2NaOH= Na2SiO3 +H2O SiO2+CaO === CaSiO3 高温 特性 与氢氟酸反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 【用途：刻蚀玻璃】 化合价-弱氧化性 SiO2+2C Si+2CO↑ 高温 作者编号：35002 SiO2+2NaOH= Na2SiO3 +H2O 【思考3】SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH反应，因此它是两性氧化物？ SiO2不与其他酸反应，只能与氢氟酸反应，并且生成的SiF4不是盐。 【思考4】能否用玻璃试剂瓶盛放氢氟酸？ 【思考1】为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液？ Na2SiO3粘性大，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开 【思考2】SiO2能与NaOH溶液反应，为什么能用玻璃瓶盛放NaOH溶液？ SiO2与NaOH溶液反应速率慢，试剂瓶内壁光滑，更不容易反应，而磨口塞增大了接触面积，加快反应速率。 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 【思考5】以SiO2为原料如何制备硅酸？ 作者编号：35002 用途 光导纤维 玛瑙 水晶 硅藻土 石英 作者编号：35002 3. 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，进一步拓展了陶瓷的应用领域。 俗称： 结构： 性能： 应用： 常见新型陶瓷及其用途 用于火箭、汽车发动机和耐高温材料 ——高温结构陶瓷 具有硬度大和优异的 性能 金刚砂 由碳原子和硅原子通过_______连接而形成，与_______的结构类似 碳化硅(SiC) 共价键 金刚石 高温抗氧化 作者编号：35002 新型材料 成分 性能 主要应用 高温结构陶瓷 碳化硅、氮化硅、金属氧化物 用于火箭、汽车发动机和高温电极材料等 压电陶瓷 钛酸盐、锆酸盐等 用于扬声器、超声波探伤器和点火器等 透明陶瓷 氧化铝、氧化钇等透明陶瓷； 用于高压钠灯、激光器、高温探测窗等 超导陶瓷 — 用于电力、交通、医疗等领域 耐高温、抗氧化、 耐腐蚀 能实现机械能和电能的相互转化 具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好 临界温度下具有超导性 作者编号：35002 3. 碳纳米材料 富勒烯 碳纳米管 石墨烯 碳的同素异形体，具有不同的结构和性质 碳纳米材料在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。 代表物：C60 石墨片层卷成的管状物 单层石墨 作者编号：35002 × × × √ √ √ √ (1)硅元素在自然界中既有化合态,又有游离态。(　) (2)硅酸盐中Si与其周围距离最近的4个O构成正四面体结构。(　) (3)利用石英坩埚可熔融NaOH固体。(　) (4)富勒烯、碳纳米管和石墨烯都是碳单质。(　) (5)硅是制备光导纤维和光电池的材料。(　　) (6)硅晶片是生产芯片的基础材料。(　) (7)富勒烯和石墨烯完全燃烧的产物都是二氧化碳(　) 课堂练习 作者编号：35002 2．《天工开物》中记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　) A．沙子和粘土主要成分为硅酸盐 B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化 C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦 D．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料 A 3．下列关于新型无机非金属材料的说法中，不正确的是(　　) A．高纯硅可用于制造半导体材料 B．压电陶瓷属于新型无机非金属材料，能实现机械能和电能的相互转化 C．碳纳米材料的主要成分是碳单质，包含富勒烯、碳纳米管和石墨烯等多种 D．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆　 D 作者编号：35002 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS (T-tech) Lavf58.20.100 $