5.3无机非金属材料 课件 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第三节无机非金属材料第1课时硅酸盐材料第五章化工生产中的重要非金属元素1.通过传统硅酸盐的用途和性质，了解硅酸盐的结构微观探析。2.通过对无机非金属材料的了解，深刻认识化学对社会可持续发展的重要的作用，培养学生科学态度和社会责任的化学核心素养。学习目标材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。新课引入

许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。(如石墨烯、碳纤维等）新课引入了解冬奥会上的塑料新材料，总结材料有哪些类别，如何分类？一、材料的分类无机非金属材料金属材料：包含纯金属和合金有机高分子材料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、碳纤维等复合材料【思考】无机非金属材料由什么物质组成？有什么性质？材料二、硅酸盐与硅酸存在：定义：表示方法：硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中由金属、硅、氧等元素形成的盐①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3②用氧化物的形式表示，如Na2O•SiO2、CaO•SiO21.硅酸盐【注意】①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)、高岭土[Al2Si2O5(OH)4]如何用氧化物的形式表示？

K2O•Al2O3•6SiO2Al2O3•2SiO2•2H2O二、硅酸盐与硅酸(1).Si和O构成了硅氧四面体；(2).每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角，许多四面体通过顶角的O相互连接；(3).每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。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Na2SiO32.硅酸盐结构3.硅酸盐性质二、硅酸盐与硅酸4.Na2SiO3——俗称泡花碱(1).物理性质白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，有很强的黏合性。(2).化学性质与酸反应：Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓Na2SiO3+2H2O+2CO2(过量)===2NaHCO3+H2SiO3↓Na2SiO3+H2O+CO2(少量)===Na2CO3+H2SiO3↓【思考】这些反应的反应类型是什么？遵循什么反应原理？二、硅酸盐与硅酸4.Na2SiO3——俗称泡花碱(3).用途①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂5.

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【思考】如何证明酸性盐酸>碳酸>硅酸？ABCDA：Na2CO3/NaHCO3B:稀盐酸C:饱和NaHCO3溶液D:Na2SiO3溶液二、硅酸盐与硅酸二、硅酸盐与硅酸5.

H2SiO3——高中化学唯一难溶性酸(3).用途硅酸聚合硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶“硅胶”三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料【思考】现在家居装修以明亮，简洁，实用的风格为主流，大家能判断都用到哪些材料以及它们的类别吗？

玻璃传统无机非金属材料铝合金金属材料木纹砖传统无机非金属材料陶瓷三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料1.陶瓷——土与火的完美结合china和China旧石器时代陶器距今将近2万年新石器时代陶器距今约1万年春秋战国原始瓷距今约2千多年陶瓷史的第一个高峰唐朝（南青、北白、唐三彩）越窑青瓷刑窑白瓷唐三彩宋朝（汝、哥、官、均、定）三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料1.陶瓷——土与火的完美结合三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料原料性质黏土(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1.陶瓷——土与火的完美结合设备陶瓷窑三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料2.玻璃——沙与火的淬炼原料设备原理纯碱、石灰石和石英砂玻璃窑Na2SiO3、CaSiO3、SiO2成分【思考】高温条件下反应的原理是什么？SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高温高温三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料2.玻璃——沙与火的淬炼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。三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料2.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【思考】家中常用的玻璃为什么微微带绿色？三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料2.玻璃——沙与火的淬炼钢化玻璃【思考】钢化玻璃也是传统无机非金属材料吗？和普通玻璃成分一样吗？是三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料3.水泥原料设备黏土、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：调节水泥硬化速率三、传统无机非金属材料——硅酸盐材料产品原料主要成分及反应应用陶瓷黏土(含水的铝硅酸盐)玻璃水泥生产建筑材料、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)普通玻璃：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Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑高温高温课堂总结无机非金属

材料硅酸盐传统无机非金属材料陶瓷：原料、用途水泥：原料、设备存在：岩石组成：金属元素，硅和氧元素

表示：X金属氧化物•YSiO2•ZH2O硅酸钠：可溶性硅酸盐，俗称泡花碱，水溶液称为水玻璃，用于粘合剂，阻燃剂

玻璃：原料、设备、原理、用途第三节无机非金属材料第2课时新型无机非金属材料第五章化工生产中的重要非金属元素1.通过对硅及化合物的学习培养学生论据推理与模型认知的化学核心素养。2.结合身边的生活用品、电子产品、建筑物等用到的无机非金属材料，感受化学就在身边，化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学、投身国家建设的社会责任感。学习目标新课引入

一些材料含碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域广泛应用。

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。高纯度的含硅元素的材料：单晶硅、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。单晶硅氮化硅新课引入新型无机非金属材料具有的特性：

①承受高温，强度高。②具有光学特性。③具有电学特性。④具有生物功能。碳化硅金刚石切割片二氧化硅光导纤维硅芯片输送药物的纳米材料一、二氧化硅1.硅的存在形式硅是一种亲氧元素，在自然界中主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙、石英砂）的形式存在。在地壳中的含量位居第二，仅次于氧元素。OSi一、二氧化硅2.SiO2的物理性质【思考】从硅在自然界中的存在，你能看出二氧化硅具有哪些物理性质吗？SiO2是一种难溶于水的非金属氧化物，硬度大，熔点高。

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。一、二氧化硅3.SiO2的结构【思考1】从二氧化硅的物理性质，结合硅在元素周期表中的位置，你能预测二氧化硅的空间结构吗？

二氧化硅的结构和硅酸盐相同，都是硅氧四面体结构：一个硅连接四个氧，一个氧连接两个硅，无限延伸，故化学式为SiO2【思考2】1molSiO2含有多少molSi-O键？以硅为研究对象，1molSiO2含有1molSi，1molSi会形成4molSi-O键。3.SiO2的化学性质【思考1】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①与强碱溶液反应：②与碱性氧化物反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

硅酸钠（粘合性）SiO2＋CaO====

CaSiO3高温【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。一、二氧化硅【思考2】盛放酸性和氧化性溶液的试剂瓶不能用橡胶塞，盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，为什么？酸性和氧化性溶液会腐蚀橡胶塞，而碱性溶液会与玻璃中的SiO2反应，生成硅酸钠，使试剂瓶与瓶塞粘在一起。【思考3】加热熔融NaOH为什么不能使用陶瓷坩埚，石英坩埚和氧化铝坩埚？陶瓷和石英的主要成分都含有SiO2，SiO2能与NaOH反应，氧化铝坩埚的主要成分是Al2O3，也能与NaOH反应。3.SiO2的化学性质只能使用铁坩埚。一、二氧化硅SiO2+Na2CO3

====Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2↑高温高温3.SiO2的化学性质一、二氧化硅(2)高沸点酸酐制低沸点酸酐(3)弱氧化性（制粗硅）SiO2+2C===Si+2CO↑高温不能；该反应有CO脱离体系，促进反应进行。【思考】由此反应能否说明碳的还原性大于硅？3.SiO2的化学性质(4)特性（在玻璃上雕花刻字）【注意】HF是唯一能与SiO2反应的酸。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O【思考1】SiO2既能与强碱反应，又能与HF反应，SiO2是两性氧化物吗？不是，二氧化硅和其他酸不反应，只能与HF酸反应，且生成的SiF4不是盐。【思考2】氢氟酸该如何保存？保存在塑料瓶中。一、二氧化硅4.SiO2的用途①沙子是基本的建筑材料；

②纯净的SiO2是光学和光纤制品的基本原料；③水晶、石英和玛瑙可制作饰品和工艺品；④水晶用来制造电子工业中的重要部件。【思考】光导纤维能导电吗？一、二氧化硅4.SiO2的用途【活动】观看视频，了解光纤通信的原理。光纤通信的原理：光在二氧化硅形成的光密介质中全反射传递信息。故光导纤维的通信具有容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提高通信效率。一、二氧化硅二氧化碳

二氧化硅水碱碱性氧化物碳酸盐HF氧化性CO2+2NaOH====

Na2CO3+H2O不反应CO2+H2O====

H2CO3CO2+CaO=====CaCO3不反应CO2+H2O+Na2CO3

=====2NaHCO3

CO2+C======2COSiO2+2NaOH====

Na2SiO3+H2OSiO2+CaO======

CaSiO3高温

SiO2+4HF=====SiF4↑+2H2OSiO2+Na2CO3

======Na2SiO3+CO2↑高温SiO2+2C=======Si+2CO↑高温一、二氧化硅二、硅单质1.高纯硅的制备

工业上制备高纯硅，一般要先制得纯度为98%左右的粗硅，在一起为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯氢硅（SiHCl3)，再经氢气还原得到高纯硅。SiO2+2C========Si+2CO↑1800-2000℃Si+3HCl=====

SiHCl3+H2300℃1100℃SiHCl3+H2=====Si+3HCl粗硅的制备粗硅变纯硅

2.硅的用途(1).利用其半导体性能制成计算机、通信设备和家用电器的芯片。(2).光伏电站、人造卫星和电动汽车的硅太阳能电池等。【思考1】硅是非金属元素，为什么硅晶体可以导电用作半导体？硅位于第三周期第ⅣA族，正好处于金属与非金属的过度位置，故硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用最广泛的半导体材料。【思考2】硅与碳在同一主族，它们的结构、化学性质相似吗？单晶硅的结构和金刚石的结构相同，化学性质与碳有一定相似性。二、硅单质3.硅的化学性质④Si+4HF===SiF4↑+2H2↑⑤Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑①Si+2F2===SiF4△②Si+2Cl2===SiCl4△③Si+O2===SiO2△二、硅单质二、硅单质1.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是()，含有硅单质的是()。①门窗玻璃②水晶镜片③石英钟表④玛瑙首饰⑤硅太阳能电池⑥光导纤维⑦计算机芯片A.①②③④⑥ B.全部C.⑤⑦ D.①②⑥⑦AC三、新型陶瓷

新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。1.碳化硅——俗称金刚砂，一种新型高温结构陶瓷碳原子和硅原子通过共价键连接，类似于金刚石的空间网状结构。硬度大，熔点高，抗氧化。砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料。结构：性质:应用: 三、新型陶瓷一般用碳化硅、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。高温结构陶瓷三、新型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。压电陶瓷4MHz压电陶瓷聚焦超声波片高频压电陶瓷谐振器三、新型陶瓷主要有氧化铝、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。透明陶瓷氧化铝陶瓷二氧化锆三、新型陶瓷超导陶瓷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。四、碳纳米材料碳纳米材料是近年来人们十分关注的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，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。1.富勒烯四、碳纳米材料由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，代表物：C60C60的发现为纳米科学提供了重要研究对象，开启了纳米材料研究和应用的新时代。富勒烯C60是在1984年美国埃克森实验室首次发现，1985年由克罗托、柯尔、斯莫利三位科学家联合成功制备出的C60

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因其外观与足球相似，故又称之为足球烯。1.富勒烯四、碳纳米材料世界上最小的汽车“纳米汽车”不过3至4纳米见方，不到头发丝直径的2万分之一，却拥有完美的底盘、轮轴和车轮。它的轮轴能像汽车的轮轴一样平滑旋转，而轮轴末端是4个由C60做成的轮子。“纳米汽车”可用来运输单个的有机分子，生产复杂的材料或药物。大量的“纳米汽车”还可以组成“纳米生产线”，大大提高加工效率。2.碳纳米管四、碳纳米材料碳纳米管可以看成是由石墨片卷成的管状物，具有纳米尺