5.3.1无机非金属材料 课件(共35张PPT) 2022-2023学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

(共35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
思考与讨论：
同学们想一想这些地标建筑可能会用到哪些材料，列举一下。
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。无机非金属材料包括哪些？又有怎样的特点呢？
组织建设
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
第一课时 硅酸盐材料
【学习目标与核心素养】
1、了解硅酸盐的组成，了解硅酸钠的主要性质
2、了解陶瓷、玻璃、水泥等传统硅酸盐材料的生产原料、性能和主要用途、
知道普通玻璃的主要成分，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的作用。
核心素养
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
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
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
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
5. 最简单的硅酸盐——硅酸钠（Na2SiO3）
（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：易与酸反应
①与强酸反应：
②与CO2反应：
硅酸
（3）用途
硅胶
黏合剂
防火剂
①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂
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）
硅酸钠的性质和
硅酸的制备
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
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
想一想
已知硅酸是一种弱酸，请利用中学实验室常见的仪器及药品，设计一个简单实验，探索对比硅酸和碳酸的酸性强弱。
2018年10月23日上午，港珠澳大桥开通仪式在广东省珠海市举行。港珠澳大桥全长55公里，傲然跨越伶仃洋，东接香港，西接珠海、澳门，将粤港澳三地紧密连接在一起。港珠澳大桥分大陆段和香港段，据港珠澳大桥管理局的权威数据统计，大陆段共计水泥使用量大约为150万吨；香港段香港连接线项目水泥使用量大约为48万吨；整个港珠澳大桥项目共计水泥使用量大约为198万吨。你知道玻璃、水泥、陶瓷的主要成分和性能分别是什么吗？
情境导入
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。
陶瓷
约公元前8 000年前，古人发现湿黏土炼制后变硬，可制出各种存入器皿。
秦砖汉瓦
彩陶青瓷
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
水泥的发明史
1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁（JosephAspdin）发明了水泥并取得了波特兰水泥的专利权。
他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。
因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。
石灰石和粘土
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
三千多年以前，地中海沿岸的贝鲁斯河口旁，有一块美丽的沙洲。一天，一艘大商船满载着大块的天然苏打（碳酸钠）经过这里，由于海水落潮，大商船在河口沙滩上搁浅了。
中午，有个船员提议在河滩上做饭，举行一次野餐。于是大家从船上搬来做饭的大锅，又扛了几块天然苏打，用苏打支着锅做起饭来。吃过饭，他们收拾好东西，准备回船了，一个船员突然惊讶地喊：“你们快看，这是什么东西？闪闪发光，多好看！”
大家围上来仔细看，只见那东西玲珑剔透，晶莹明亮，真是谁都没见过。原来，这沙滩上都是石英砂，在船员们烧火做饭的时候，支着锅的天然苏打在高温下和石英砂发生了化学反应，变成了“玻璃”。
玻璃诞生的美丽传说
苏打在高温下和石英砂
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
形形色色玻璃
普通玻璃
因混有铁的化合物显浅绿色
有色玻璃
在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。
化学仪器玻璃
光学仪器玻璃
钢化玻璃
光纤玻璃
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。
产品 原料 主要成分及反应 应用
陶瓷 _______(含水的铝硅酸盐)
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）
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
（或Na2O·CaO·6SiO2）
传统无机非金属材料——陶瓷、玻璃、水泥
(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
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