第五章 第三节 第一课时 传统无机非金属材料 课件(共32张PPT) 2022-2023学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

(共32张PPT)
无机非金属材料
二氧化硅
硅酸
硅酸盐
硅单质
1
2
3
4
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。
从组成上看，许多无机非金属材料（如水泥、玻璃、陶瓷）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）
1. 金属材料包括纯金属和它们的合金。日常使用的金属材料大多数属于合金。
2. 非金属材料主要是碳、硅。两种元素在同一主族，核电荷数分别是6和14。
3. 地壳中含量最多的两种元素是O、Si，二者形成的化合物为SiO2。
无机非金属材料
从组成上看，许多无机非金属材料多含___、___等元素，具有_______、_______、_______等特点，以及特殊的_____、_____等性能。
硅
氧
耐高温
抗腐蚀
硬度高
光学
电学
材料——人类赖以生存和发展的物质基础
01
传统无机非金属材料
普通玻璃 Na2CaSi6O14
石棉 Mg3CaSi4O12
黏土 Al2Si2H4O9
长石 K2Al2Si6O16
一、硅酸盐概述
硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都不溶于水，化学性质很稳定。
1、硅酸盐的表示方法：
如：硅酸钠：Na2SiO3 硅酸钙：CaSiO3
用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成
（1）化学式法（表示组成简单的硅酸盐）：
（2）氧化物法（表示复杂的硅酸盐）：
如：硅酸钠：Na2O · SiO2
硅酸钙： CaO · SiO2
各元素原子总个数比符合原来的组成
分数化整
金属氧化物 · 二氧化硅 · 水
按金属活动顺序表依次排列
书写原则
Al2O3·2SiO2·2H2O
KAlSi3O8：
CaMg3Si4O12：
CaO·3MgO·4SiO2
Al2(Si2O5)(OH)4：
K2O·Al2O3·6SiO2
硅酸盐结构
Si 和 O 构成了硅氧四面体
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
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
硅酸盐性质
有例外：Na2SiO3
一、硅酸盐概述
硅酸钠水溶液呈碱性，易吸收空气中CO2而变质
Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3↓+Na2CO3
① Na2SiO3溶液（水玻璃）——木材防火、黏胶剂等
②制备硅酸
（1）物理性质
易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色黏稠的液体，黏性很强。
2、最简单的硅酸盐—Na2SiO3
（2）化学性质
（3）具体应用
硅酸：高中化学唯一难溶性酸
3、传统的三大硅酸盐产品
(1)陶瓷
(2)水泥
(3)玻璃
使用量最大的
无机非金属材料
玻璃、水泥、陶瓷生产的共同点：
都在高温下，发生了复杂的物理和化学变化。原料都有含硅元素的物质，产品都含有硅酸盐，且都是混合物。
陶
器
陶瓷
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
3、传统的三大硅酸盐产品
水泥
原料
设备
万丈高楼平地起，穿针引线是水泥
黏土、石灰石（再加入少量石膏）
水泥回转窑
作用：调节水泥硬化速率
3、传统的三大硅酸盐产品
(1)水泥具有吸水性,在空气中吸水发生复杂的物理、化学变化而失去了原有的性质,因而变硬的水泥不能使用（水硬性）
(2)水泥不能抗酸的腐蚀是因为水泥的成分中有碳酸盐,碳酸盐与酸反应会放出CO2。
世界第一大坝——长江三峡大坝使用水泥将达1.082×1010kg
玻璃
原料
设备
原理
纯碱、石灰石和石英砂
玻璃窑
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
成分
沙与火的猝练
3、传统的三大硅酸盐产品
玻璃
原料
设备
原理
纯碱、石灰石和石英砂
玻璃窑
SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
成分
【思考】
高温条件下反应的原理是什么？
沙与火的猝练
3、传统的三大硅酸盐产品
几种常见玻璃
a．石英玻璃——成分为SiO2，以纯净的石英为主要原料制成。
b．钢化玻璃——普通玻璃在电炉中加热软化，然后急速冷却而成，机械强度是普通玻璃的4～6倍。
c．有色玻璃——普通玻璃中加入一些金属氧化物，如Cu2O：红色玻璃，CuO：蓝绿色玻璃，Co2O3：蓝色玻璃，MnO2：紫色玻璃等。
(1)硅酸盐结构较为复杂，大多难溶于水，化学性质稳定( )
(2)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合( )
(3)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土( )
(4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行( )
(5)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化( )
正误判断
√
√
√
√
√
应用体验
1.(2022·济南高一月考)“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、石灰石和石英砂
C.硅酸盐制品的性质稳定、耐高温
D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
√
2.世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋混凝土、7 000多块铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)生产硅酸盐产品水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是______。制
备普通玻璃的主要反应的化学方程式为____________________________
_______________________________________。由方程式_____(填“能”
或“不能”)判断出酸性H2SiO3＞H2CO3。
石灰石
CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋
CO2↑、Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑
不能
(2)作场馆建筑材料黏合剂和防火剂的硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。
①硅酸钠在空气中易与二氧化碳和水生成硅酸(H2SiO3)沉淀，其离子方程式：___________________________________。由此得出酸性：H2SiO3___(填“＞”或“＜”)H2CO3。
②硅酸钠和盐酸反应的离子方程式：_____________________。
＜
(3)博物馆陈列着大量明清砖瓦和精美瓷器(婺州窑)，婺州窑瓷器胎体的原料为高岭土[AlnSi2O5(OH)4]。下列说法正确的是______(填字母)。
A.古代的陶瓷、砖瓦都是硅酸盐产品
B.高岭土为含水的铝硅酸盐
C.n＝3
D.我国在新石器时代已能烧制陶器
根据化合物中正负化合价代数和为0的原则：n×(＋3)＋2×(＋4)＋5×(－2)＋4×(－1)＝0，解得n＝2，C错误。
ABD
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拓展
硅酸
硅酸(H2SiO3)的用途
1、物理性质
硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水；
2、化学性质
①是一种很弱的酸，不能使指示剂变色
（1）具有酸的通性：
②能与碱发生中和反应
H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O
二、硅酸(H2SiO3)
2、化学性质
二、硅酸(H2SiO3)
（2）具有不稳定性：
H2SiO3 === SiO2+2H2O
△
思考
SiO2不能直接和水化合成H2SiO3，那怎样制备H2SiO3呢？
（1）原理：强酸制弱酸
（2）现象：
①往硅酸钠溶液中滴入酚酞，溶液呈红色
②再滴入稀盐酸，溶液红色变浅至无色，有透明胶冻状物质产生
（3）结论：
a、Na2SiO3溶液呈碱性；
b、可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于水的硅酸；
c、先形成硅酸溶胶，后形成硅酸凝胶
（4）方程式：
Na2SiO3+2HCl===H2SiO3(胶体)+2NaCl
SiO32- + 2H+ ===H2SiO3 (胶体)
3、硅酸的制备（硅酸盐和盐酸）
https://www./video/BV1CZ4y1w7Ru from=search&seid=3254961970201260633&spm_id_from=333.337.0.0
如何证明酸性盐酸>碳酸>硅酸？
【思考】
A
B
C
D
A：Na2CO3/NaHCO3
B : HCl
C : 饱和NaHCO3
D : Na2SiO3
3、硅酸的制备（硅酸盐和盐酸）
硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？
硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。
SiO32-+H2O+CO2===CO32-+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓　
思考