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1.宏观辨识与微观探析能够从宏观角度认识无机非金属材料(如陶瓷、玻璃、水泥等)的外观、性质和用途。从微观层面理解这些材料的组成结构对其性质的影响。2.科学探究与创新意识了解无机非金属材料在现代科技、工业、建筑等领域的重要应用，如光纤通信中的光导纤维(主要成分是二氧化硅)，培养对科学技术发展的积极态度。3.证据推理与模型认知：建立无机非金属材料的结构-性质-用途的认知模型，利用该模型预测新的无机非金属材料或解释材料性能变化的原因。核心素养目标4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？课堂导入材料按照特性来分：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。课堂导入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？传统无机非金属材料PART01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。定义：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、CaSiO31.硅酸盐②用氧化物的形式表示，如Na2O•SiO2、CaO•SiO2只是以氧化物的形式表示，但其本身属于盐【注意】①氧化物的书写形式一般为：X金属氧化物•YSiO2•ZH2O②元素化合价不变、原子比例不变③计量数以整数书写④多种金属同时存在，活泼的写在前面

【思考】长石(KAlSi3O8)用氧化物的形式如何表示？

K2O•Al2O3•6SiO22、结构3、性质大多硬度高、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，0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1.陶瓷——土与火的完美结合原料性质黏土(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2.玻璃——沙与火的淬炼玻璃的主要原料、主要成分，有关反应原理是什么？如何制作各种玻璃？原理Na2SiO3、CaSiO3、SiO2成分SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高温高温以纯碱、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的。特点：玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品。应用：用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。玻璃——沙与火的淬炼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。着色剂玻璃颜色MnO2紫色CoO、Co2O3紫红色FeO、K2Cr2O7绿色CdS、

Fe2O3

、Sb2S3黄色AuCl

、

Cu2O红色CuO、MnO2

、Fe3O4黑色3.水泥制造水泥的主要原料是什么？原料设备黏土、石灰石（再加入少量石膏）水泥回转窑【注意】水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土。作用：调节水泥硬化速率主要成分硅酸二钙（2CaO·SiO2）、硅酸三钙（3CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）新型无机非金属材料PART02随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单质硅、二氧化硅等，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料；还有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。1.硅地壳中的元素分布石榴石(硅酸盐)水晶(SiO2)玛瑙(SiO2)硅是一种亲氧元素，在自然界中无游离态，以化合态存在，主要以硅酸盐(如地壳中的大多数矿物)和氧化物SiO2(如水晶、玛瑙)的形式存在。硅在第三周期、第ⅣA族，处于金属与非金属的过度位置，是应用最为广泛的半导体材料。高纯度硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。问题1:为什么单晶硅可以作为制造芯片的原材料？请根据元素周期律相关知识进行分析。硅元素位于金属和非金属的过渡区域，属于半导体材料,其单质的导电性介于金属和绝缘体之间。问题2:你还能找到其他可做半导体材料的元素吗？GeSn等，位于金属与非金属交界区域的元素。硅在自然界中都以化合态存在，我们如何制备高纯度的硅?问题探究高纯硅的制备制备原理制备流程反应方程式

用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑①高温SiHCl3＋H2＝Si(纯)＋3HCl③高温Si(粗)＋3HCl＝SiHCl3+H2②▲从沙滩到用户高纯硅的用途利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备等芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等太阳能电池。硅晶片是生产芯片的基础材料

硅太阳能电池硅的化学性质③Si+4HF===SiF4↑+2H2↑（与其他酸不反应）④Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑①Si+2F2===SiF4△②Si+2Cl2===SiCl4△扩展补充硅的结构2.二氧化硅物理性质

SiO2有结晶态（如玛瑙、沙子、石英等）和无定形态（如硅藻土）两种，统称为硅石。硅藻土玛瑙水晶石英SiO2是一种难溶于水的非金属氧化物，硬度大，熔点高。[SiO4]四面体结构每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心，O在四个顶角。同时每1个O原子周围结合2个Si原子Si原子和O原子比例

1:2，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成，而不是分子式，没有SiO2分子，它是原子晶体。（由原子组成）

二氧化硅的结构立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质。化学性质【思考】碳和硅位于同一主族，探究二氧化碳和二氧化硅的化学性质有什么相同点和不同点。①酸性氧化物的通性（但SiO2不溶于水，不与水反应）SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+CaOCaSiO3高温用胶塞或软木塞硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂【注意】二氧化硅是硅酸的酸酐，但是二氧化硅不能与水反应生成硅酸。②氧化性（工业制粗硅）SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O④特性：与HF（雕刻玻璃）唯一能与SiO2反应的酸保存氢氟酸使用塑料瓶SiO2+2CSi+2CO↑高温SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高温高温③高沸点酸酐制低沸点酸酐【思考】

能否说明碳的还原性强于硅？【思考】SiO2既能与强碱反应，又能与HF反应，SiO2是两性氧化物吗？二氧化硅的用途光导纤维Na2SiO3的性质与酸反应：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白色沉淀扩展补充【思考】这些反应遵循什么反应原理？(1).物理性质白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，有很强的黏合性。(2).化学性质H2SiO3——高中化学唯一难溶性酸(1).物理性质(2).化学性质是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小。H2SiO3H2O+SiO2酸性：盐酸

碳酸

硅酸＞＞实验探究：二氧化硅难溶于水，又不与水反应，故实验室用可溶性硅酸盐与其他酸反应制备Na2SiO3+2HCl=2NaCl

+H2SiO3(胶体)Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(胶体)+Na2CO3强酸制弱酸实验中如何制得硅酸呢？不能使指示剂变色请设计实验证明三种酸酸性的强弱酸性：HCl>H2CO3>H2SiO3实验探究排除干扰Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+2NaCl硅酸聚合硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶H2SiO3的用途鞋盒里面的秘密透明小球是硅酸逐渐聚合而形成的胶体-硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。硅胶31沙子和芯片的成分是什么呢？你听说过从沙滩到用户吗？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4.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1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)×××√√√√随堂检测(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(

)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A3．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D5．下列有关二氧化硅的说法中，正确的是（

）A.二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B.二氧化硅既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以二氧化硅是两性氧化物C.二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制作光缆D.二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D4．下列叙述正确的是(