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

第五章

化工生产中的重要非金属元素第三节

无机非金属材料一、硅酸盐材料陶瓷玻璃水泥知识梳理产品原料主要成分应用陶瓷_______(含水的铝硅酸盐)玻璃普通玻璃：水泥黏土生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）Na2SiO3、CaSiO3和SiO2生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料黏土和石灰石以及其他辅料大量用于建筑和水利工程思考：生产玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂(主要成分为SiO2)，而玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，那么在生产过程中发生了怎样的反应？试写出反应的化学方程式。SiO2+Na2CO3

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Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====

CaSiO3+CO2↑高温高温为什么硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点？在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。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殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。（一）硅和二氧化硅（1）硅元素的存在与结构翻看元素周期表，找出硅元素的位置，画出其原子结构示意图，并与碳原子比较。二、新型无机非金属材料1．硅处于金属与非金属的过渡位置半导体材料①硅的原子结构硅原子和碳原子的最外电子层均有4个电子，其原子既不易失去也不易得到电子，主要形成四价的化合物。Si+14842+642C硅在地壳中含量仅次于氧，位于第二位。通过下列图片总结归纳出硅元素在自然界中的存在形式？思考交流②硅的存在形式硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的90%以上。硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的，因此硅都以化合态存在于自然界，主要以氧化物及硅酸盐的形式存在。晶体硅电子工业的主角天火星探测器硅太阳能电池世界上第一台计算机

(占地170平/重达30吨)世界第一台电离计算机（占地170m2）硅是如何制造的？

科学家探索提取纯硅的历程法国科学家拉瓦锡发现硅元素存在于岩石中盖吕萨克先制得了四氟化硅，然后他尝试用钾去还原它，得到了一些无定形硅，但实在是不纯净英国化学家托马斯•汤姆森提出硅应该是一种非金属，他建议用silicon这个名字，这个名字一直沿用至今。瑞典科学家贝采尼乌斯用钾还原氟硅酸钾，得到了一团棕色粉末，他将粉末反复冲洗，最终得到了较纯净的无定形硅。17871808英国科学家戴维认为石英里的元素是一种金属元素181118171823（2）硅的制备a.SiO2+2C====Si+2CO↑(粗硅)高温b.Si+3HCl

====SiHCl3+H2高温c.SiHCl3+H2

====Si+3HCl（高纯硅）高温若C过量：SiO2+3C====SiC+2CO↑高温碳化硅(俗名：金刚砂)工业上用焦炭还原石英砂可制得含有少量杂质的粗硅提纯如何制备高纯度的硅？工业上利用焦炭与SiO2在高温下反应制备粗硅，由此能否说明碳的还原性大于硅？提示：氧化性、还原性的强弱，必须是在通常的情况下发生的反应，上述反应是在高温条件下发生的，故不能比较还原性的强弱。价值5元的沙子SiO2Si价值5000元的芯片点沙成金从沙滩到用户SiO2的晶体结构晶体Si的结构硅和SiO2都是正四面体结构性质很稳定2．二氧化硅（1）二氧化硅（SiO2）的晶体结构物理性质：难溶于水，熔点高，硬度大。化学稳定性：化学性质很稳定，不活泼。（2）二氧化硅（SiO2）存在形式结晶形（石英晶体）无定形——硅藻土水晶玛瑙二氧化硅的存在（3）二氧化硅的用途SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着。光导纤维（通信）石英坩埚玻璃仪器精美瓷器我也是一个普通人，

在世界上行走一圈，

能留下一点脚印，我已经心满意足。

诺贝尔2009年物理学奖光纤之父高锟SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O实验室不用玻璃瓶盛装氢氟酸！！1．实验室盛NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞不用玻璃塞？NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成Na2SiO3，硅酸钠水溶液有粘性，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞。SiO2

＋2NaOH===

Na2SiO3＋H2O思考交流为什么不能用玻璃瓶保存氢氟酸？特殊性保存应用2．某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物是否正确?不正确。因为二氧化硅跟氢氟酸反应产物不是盐和水，所以不属于两性氧化物，但是属于酸性氧化物。思考交流①酸性氧化物与碱性氧化物反应生成盐SiO2+CaO====

CaSiO3

高温与强碱反应生成盐和水SiO2

+2NaOH

===

Na2SiO3+H2O③与HF的反应（SiO2的特性）SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O②不与水反应与某些盐的反应

SiO2+Na2CO3

====

Na2SiO3+CO2↑

高温（3）二氧化硅的化学性质（二）新型陶瓷结构性能高温抗氧化性能碳原子和硅原子通过共价键连接硬度大砂纸和砂轮的磨料耐高温结构材料耐高温半导体材料碳化硅陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化，可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材料等。高温结构陶瓷压电陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，用于电力、交通、医疗等领域。透明陶瓷超导陶瓷（三）碳纳米材料碳纳米材料富勒烯碳纳米管由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，代表物C60开启了碳纳米材料研究和应用的新时代是由石墨片层卷成的管状物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。应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面化学趣史C60

1985，美国化学家斯莫利和柯尔以及英国化学家克鲁特激光照射石墨新型单质C60分子并在建筑设计师富勒设计球形建筑的启发下，绘制出由20个正六边形和12个正五边表构成的“笼状”分子结构，并把它命名为“富勒烯”，因分子结构形似足球，又称为“足球烯”1996年三人获诺贝尔化学奖化学趣史C60的发现1985，美国化学家斯莫利和柯尔以及英国化学家克鲁特，通过激光照射石墨实验，发现新型单质C60分子。并在建筑设计师富勒设计球形建筑的启发下，绘制出由20个正六边形和12个正五边表构成的“笼状”分子结构，并把它命名为“富勒烯”，因分子结构形似足球，又称为“足球烯”。

1996年三个获诺贝尔化学奖。世界上最小的车是什么车？既不是各大汽车厂商的迷你系列轿车，也不是孩子们的玩具模型，而是由荷兰格罗宁根大学有机化学教授本·费林加研制的纳米车。它的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是4个“巴基球”做成的轮子。“巴基球”是由60个碳原子构成的纳米级球状分子，具有很多新奇的特性，在纳米技术研究中很受科学家重视。纳米车的轮子可滚动电子显微镜下观察到的纳米汽车化学趣史碳纳米碳管1991年，日本化学家饭岛博士在对石墨电弧放电实验时，发现了有单层、多层石墨卷曲而成的碳纳米管。纳米碳管的发现也给材料研究带来了新的变革。

2017年，哈尔滨分会场小演员们抵御严寒的是一种专为此次春晚研制的石墨烯材料保暖衣，衣服是上下连体，全部为肉色，这样穿在演出服里面既保暖又不会影响美观。石墨烯的应用“北京八分钟”演员服饰用上石墨烯智能发热防寒保暖

2018年2月在韩国平昌冬奥会闭幕式上，当