5.3无机非金属材料 课件 2024-2025学年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。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：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】传统无机非金属材料由什么物质组成？有什么性质？材料（硅酸盐材料）如玻璃、陶瓷、水泥二、硅酸盐【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二、传统无机非金属材料存在：表示方法：硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中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.硅酸盐只是以氧化物的形式表示，但其本身属于盐定义：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。【注意】①氧化物的书写形式一般为：A活泼金属氧化物

•B较活泼金属氧化物•CSiO2

•DH2O②元素化合价不变、原子比例不变③计量数以整数书写

长石(KAlSi3O8)用氧化物的形式如何表示？

K2O•Al2O3•6SiO2二、硅酸盐（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。4、结构5、性质大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等例外：Na2SiO3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防腐剂二、硅酸盐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？硅酸是高中阶段唯一不溶于水的固态酸白色沉淀非金属性：ClC

Si酸性：盐酸

碳酸

硅酸＞＞＞＞三、硅酸5.

H2SiO3——高中化学唯一难溶性酸H2SiO3是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱，溶解度很小,不稳定，受热易分解H2SiO3H2O+SiO2硅胶硅酸聚合硅酸凝胶干燥脱水硅酸干凝胶“硅胶”硅胶的用途：食品、药品的干燥剂催化剂的载体四、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四、传统无机非金属材料——硅酸盐材料2、玻璃原料原理用途设备纯碱、石灰石和石英砂（主要成分SiO2）SiO2

+

Na2CO3

====

Na2SiO3

+

CO2↑SiO2

+

CaCO3====CaSiO3

+

CO2↑高温高温生产建筑材料、光学仪器、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2没有固定的熔沸点玻璃窑（发生复杂的物理和化学变化）四、传统无机非金属材料——硅酸盐材料2、玻璃钢化玻璃【思考】钢化玻璃也是传统无机非金属材料吗？

钢化玻璃和普通玻璃的主要成分相同吗？是完全相同四、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）作用：调节水泥硬化速率水泥回转窑用途水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程小结

陶瓷玻璃水泥主要原料主要成分——Na2CO3、CaCO3、SiO2——主要设备反应原理高温烧结而成黏

土黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英砂（主要成分是SiO2）玻

璃

窑水

泥

回

转

窑高温下发生复杂的物理和化学变化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一、单质硅和二氧化硅计算机芯片第____周期第____族IVA三单质的导电性：介于导体与绝缘体之间应用最广泛的半导体材料处于金属与非金属的过度位置①、元素的存在与结构一、单质硅和二氧化硅1.硅的存在形式存在形式硅硅酸盐：地壳中大多数矿物氧化物：水晶、玛瑙等晶体硅中的杂质会影响导电性能，如何制备高纯硅呢？——有亲氧性，以化合态存在新型无机非金属材料两大系列高纯度的含硅元素的材料含有碳、氮等其他元素的材料航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用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碳化硅②、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▲一、单质硅和二氧化硅④、高纯硅的用途

高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等贵台阳能电池。硅晶片是生产芯片的基础材料硅太阳能电池光伏电站硅太阳能电池一、单质硅和二氧化硅2、结构SiO2是由Si和O按1：2的比例组成的立体空间网状结构，没有SiO2

分子存在，只存在硅氧原子。立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质。SiO2晶体结构示意图四面体结构主要成份：SiO2新型无机非金属材料：硅和二氧化硅二氧化硅的化学性质①酸性氧化物的通性（但SiO2不溶于水，不与水反应）SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O②氧化性（工业制粗硅）SiO2+CaOCaSiO3高温SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O③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→Na2SiO3→制H2SiO3盐酸很不活泼SiO2+2CSi+2CO↑高温用胶塞或软木塞二氧化硅1、存在：岩石、沙土有结晶形和无定形两大类，通称硅石。硅藻土玛瑙水晶石英2、应用：制玻璃、光导纤维等新型无机非金属材料：硅和二氧化硅二氧化碳

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、二氧化硅新型无机非金属材料：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。碳化硅陶瓷SiC氮化硅陶瓷Si3N4氧化铝陶瓷Al2O3新型无机非金属材料：新型陶瓷碳化硅结构（SiC）俗称金刚砂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性质硬度大，优良的高温抗氧化性能应用砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料、耐高温半导体材料例如：高温结构陶瓷、轴承新型陶瓷高温结构陶瓷透明陶瓷超导陶瓷压电陶瓷氧化铝、氧化钇高压钠灯具有超导性磁悬浮钛酸盐和锆酸盐高频压电陶瓷谐振器碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物汽车发动机新型无机非金属材料：新型陶瓷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。新型无机非金属材料：碳纳米材料

概念性能用途富勒烯由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，如C60—制碳纳米材料碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能生产复合材料、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，具有很高的强度在光电器件、超级电容器、电池、复合材料等方面的应用研究在不断深入新型无机非金属材料——碳纳米材料富勒烯碳纳米管石墨烯都是碳的同素异形体，它