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

该高中化学课件围绕无机非金属材料展开，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、碳纳米材料），通过情境问题（如陶瓷历史、5G光导纤维）连接前后知识，以表格对比、化学方程式等为学习支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于融合科学态度与社会责任（体现材料对社会进步的价值）和科学思维（分析结构决定性质），结合古诗、航空航天实例激发兴趣，采用表格对比、工业流程分析等方法。学生能提升知识应用能力，教师可高效开展教学。

第三节　无机非金属材料 新课探究 课堂评价 学习任务一　硅酸盐材料 学习任务二　新型无机非金属材料 学习目标 素养目标 　1.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。 　2.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所发挥的重要作用,激发学生学习化学的兴趣　 　【科学态度与社会责任】 通过传统硅酸盐材料在人类日常生活中的广泛应用,及新型无机非金属材料在信息、能源等领域的应用,理解化学学科对新材料研发的重要作用,体会化学学科对社会进步的价值 2 【新知自主预习】 1.硅酸盐的结构和性质 (1)硅酸盐的结构 在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧　　　　结构(如图所示),Si在中心,O在四面体的4个顶角;每个Si周围结合　　　个O,每个O周围有　　　个Si。  学习任务一　硅酸盐材料 新 课 探 究 四面体 4　 2 3 (2)硅酸盐的性质 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　　　、难溶于水、耐　　　　、耐腐蚀等特点。  2.传统硅酸盐材料 (1)传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料,如水泥、玻璃、陶瓷等。 新 课 探 究 高 高温 4 (2)常见硅酸盐材料比较 新 课 探 究 硅酸盐 产品 主要原料 主要设备 主要成分 主要用途 陶瓷 　 　  — — 　生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃 　　　、  石灰石 和　 　  玻璃窑 　　 　　、  　 　　  和SiO2 　生产建筑材料、光学仪器和各种器皿等,制造玻璃纤维用于高强度复合材料 水泥 　　 　  和石灰石 　 　　  　 　　  — 　用于建筑和水利工程 黏土 纯碱 石英砂 Na2SiO3 CaSiO3 黏土 水泥 回转窑 5 (3)玻璃生产中的两个重要反应: 　 、 　 。  新 课 探 究 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑ 6 【情境问题思考】 我国具有悠久的陶瓷制造历史,唐宋时期,我国的陶瓷制品已经享誉海内外。现在,生产中采用不同的原料和工艺,可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃,并制成各种玻璃制品。 新 课 探 究 问题一:制造陶瓷的主要原料是什么?陶瓷具有哪些优良性能? [答案] 提示:制造陶瓷的主要原料是黏土(主要成分是含水的铝硅酸盐);陶瓷具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等性能。 问题二:普通玻璃的主要成分是什么?制造普通玻璃的主要原料有哪些?对比普通玻璃的成分及原料,推测高温下制造玻璃的过程中发生的反应。 [答案] 提示:普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2;制造普通玻璃的主要原料有纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2); Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑、CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑。 新 课 探 究 【核心知识讲解】 1.传统硅酸盐材料的性能及主要用途 新 课 探 究 分类 性能 主要用途 陶瓷 　硬度高、耐腐蚀、耐高温 　建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等 玻璃 　透光性好、硬度大、无固定熔点 　建筑材料、各种器皿、光学仪器等 水泥 　遇水逐渐变硬、硬化后性质稳定 　大量用于建筑和水利工程 2.硅酸钠(Na2SiO3)的性质 (1)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,具有黏结力强、耐高温等特性,可以用作黏合剂和防火剂。 (2)Na2SiO3溶液中通入CO2,析出H2SiO3胶状沉淀:Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3↓+Na2CO3,据此可得出酸性:H2CO3>H2SiO3。 新 课 探 究 【知识迁移应用】 例1 [2023·湖北华中师大附中期末] “九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句,描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品,下列有关说法中正确的是 (　) A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 [解析] 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,A错误; 纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料,而制水泥的原料是黏土和石灰石,B错误; C　　 新 课 探 究 11 【知识迁移应用】 例1 [2023·湖北华中师大附中期末] “九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句,描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品,下列有关说法中正确的是 (　) A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 硅酸盐制品性质稳定、熔点高,C正确; 沙子的主要成分是SiO2,黏土的主要成分是硅酸盐,D错误。 C　　 新 课 探 究 12 例2 下列关于硅酸盐的叙述中正确的是 (　) ①大部分硅酸盐难溶于水 ②硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分 ③可溶性硅酸盐中最常见的是Na2SiO3,它的水溶液俗称水玻璃 ④硅酸盐是由氧化物组成的一类盐,能够稳定存在 A.①④ B.①②③ C.②③④ D.①③④ [解析] 硅元素在地壳中的含量居第二位,主要以硅酸盐的形式稳定存在,是构成地壳岩石的主要成分,其结构复杂,通常以氧化物形式表示,但不是由氧化物组成的,只有少数硅酸盐可溶于水,如Na2SiO3。 新 课 探 究 B　　 13 【新知自主预习】 一、硅和二氧化硅 1.硅元素的“位—构—性” 学习任务二　新型无机非金属材料 新 课 探 究 三 ⅣA 4 14 2.存在形式 硅元素在自然界主要以　　　　(如地壳中的大多数矿物)和氧化物(如水晶、玛瑙)的形式存在。石英、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是　　　　。   3.粗硅制备 工业上用焦炭还原石英砂制备粗硅:SiO2+2C Si+2CO↑。 4.用途 高纯硅用作半导体材料,如硅芯片及光电池的主要原料。纯净的SiO2是现代光学仪器的基本材料,还可以用于生产　 　　　。  新 课 探 究 硅酸盐 SiO2 光导纤维 15 二、其他新型无机非金属材料 1.新型陶瓷 新 课 探 究 光学、热学、电学、磁学 砂纸和 砂轮的磨料 16 2.碳纳米材料 碳纳米材料是一类新型无机非金属材料,主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。 新 课 探 究 碳纳米材料 结构及性能 主要用途 富勒烯 　由　　　　构成的一系列笼形分子的总称,其中C60是富勒烯的代表物  — 碳纳米管 　可看成是由　　　片层卷成的管状物,具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积　　,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 石墨烯 　只有一个　　　原子直径厚度的单层石墨,其独特的结构使其电阻率　　　、热导率 　　,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广泛应用 碳原子 石墨 大 碳 低 高 17 【情境问题思考】 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。我国的5G技术在全球处于领先地位,朝着综合化、智能化方向发展。 问题一:工业上用焦炭和石英砂在高温下制备粗硅时,为什么要隔绝空气?写出工业上制备粗硅的化学方程式。 [答案]提示:因为高温下焦炭和空气中的O2发生反应,故制取粗硅时要隔绝空气,工业制取粗硅的化学方程式为SiO2+C Si+2CO↑。 新 课 探 究 问题二:高纯度硅晶片是生产芯片的基础 材料,工业上是如何制备高纯硅的? [答案]提示:工业上以石英砂为原料,在高 温下利用焦炭还原,先制得粗硅,再以粗硅为原料,利用HCl、H2进行提纯,获得高纯硅。 问题三:利用光导纤维传输信号是利用了其导电性吗?光导纤维遇强碱溶液会“断路”,试从物质类别角度分析其原因是什么? [答案]提示: SiO2不具有导电性,利用光导纤维传输信号是利用了其对光的全反射现象;SiO2是酸性氧化物,可能与强碱溶液反应生成硅酸盐和水,导致光导纤维出现“断路”。 新 课 探 究 【核心知识讲解】 1.硅和二氧化硅的化学性质 (1)硅的化学性质 ①与氢氟酸反应 化学方程式为Si+4HF SiF4↑+2H2↑。 ②与NaOH溶液反应 化学方程式为Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑。 ③与O2反应 化学方程式为Si+O2 SiO2。 新 课 探 究 (2)二氧化硅的化学性质 ①稳定性:不与水、一般的酸反应,但能与氢氟酸反应,化学方程式为4HF+SiO2 SiF4↑+2H2O。 ②具有酸性氧化物的性质 ⅰ.与CaO反应:CaO+SiO2 CaSiO3。 ⅱ.与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O。 新 课 探 究 21 2.工业制备高纯硅的方法 工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅,将粗硅通过化学方法提纯,得到高纯硅。 石英砂 粗硅 SiHCl3 高纯硅 新 课 探 究 22 【知识迁移应用】 例3 [2023·山东青岛期末] 材料的开发与研究助力我国航空航天事业飞速发展。下列说法中正确的是 (　) A.“神舟十五号”宇宙飞船返回舱外表面使用的新型高温结构陶瓷主要成分是硅酸盐 B.火箭芯一级尾段使用的碳纤维材料属于新型无机非金属材料 C.“天问一号”使用的新型SiC增强铝基材料属于新型硅酸盐材料 D.中国空间站核心舱“天和号”推进器的氮化硼陶瓷材料属于传统的无机非金属材料 [解析] 新型高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,不是硅酸盐材料,A错误; B　 新 课 探 究 23 【知识迁移应用】 例3 [2023·山东青岛期末] 材料的开发与研究助力我国航空航天事业飞速发展。下列说法中正确的是 (　) A.“神舟十五号”宇宙飞船返回舱外表面使用的新型高温结构陶瓷主要成分是硅酸盐 B.火箭芯一级尾段使用的碳纤维材料属于新型无机非金属材料 C.“天问一号”使用的新型SiC增强铝基材料属于新型硅酸盐材料 D.中国空间站核心舱“天和号”推进器的氮化硼陶瓷材料属于传统的无机非金属材料 新型SiC增强铝基材料属于复合材料,不是硅酸盐材料,C错误; 氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料,D错误。 B　 新 课 探 究 24 例4 高纯度晶体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”。它的制备方法如图所示,下列说法正确的是 (　) SiO2 Si(粗) SiHCl3 Si(纯) A.步骤①的化学方程式为SiO2+C Si+CO2↑ B.步骤①②③中每生成或反应1 mol Si,转移2 mol电子 C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应 D.单晶硅是电子工业中重要的半导体材料,也能用于制作太阳能电池 D　　 新 课 探 究 25 [解析] 碳在高温下还原二氧化硅,生成硅和一氧化碳,化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑,故A错误; 步骤①中每生成1 mol Si转移4 mol电子,故B错误; 二氧化硅和硅都可以与氢氟酸反应,故C错误; 单晶硅是电子工业中重要的半导体材料,也能用于制作太阳能电池,故D正确。 新 课 探 究 26 课 堂 评 价 2. [2022·河北卷] 定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是 (　) A.传统陶瓷是典型的绝缘材料 B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO C.陶瓷烧制的过程为物理变化 D.白瓷的白色是因铁含量较高 [解析] 传统陶瓷主要成分为硅酸盐,属于绝缘材料,A正确,B错误; 陶瓷是以黏土为主要原料,经高温烧结而成,烧制过程中有新物质生成,存在化学变化,C错误; 白瓷中铁元素含量较少,铁元素含量越多,瓷器颜色一般越深,D错误。 A　　 课 堂 评 价 石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯) 高纯硅 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出这一过程的化学方程式: 　 。  H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是　 　　　。   [解析] SiHCl3与H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和H2;用H2还原SiHCl3过程中若混入O2,则高温下H2与O2反应发生爆炸。 SiHCl3+3H2O H2SiO3↓+3HCl+H2↑ 发生爆炸 $